小型水平轴被动调速风力机设计与研究

发布时间：2021-08-13 05:28

　　随着化石燃料能源对环境产生的负面影响日趋严重,以及化石燃料能源本身的逐渐枯竭,人们迫切需要寻找清洁的可再生能源用于替代化石燃料能源。风能作为一种很早就被人们利用的清洁能源,越来越受到人类的重视,风力发电技术也成为当今社会热门的研究科目。然而与大型风力机相比,能够使家庭用户直接获益的小型风力机的研究却相对比较薄弱,特别是带有被动偏航机构的小型水平轴风机。本文将针对尾舵斜铰接侧偏型被动调速机构进行理论计算,并依此设计一款小型水平轴风力机,最后在ANSYS Workbench分析平台下,分别对叶片和整机进行相应的仿真分析,以此来验证设计的正确性。本文包含如下几个部分的工作:（1）背景介绍。介绍了几种水平风机调速方式,特别是针对小风机的被动调速装置。（2）介绍了风力机特别是小型风力机的几种调速方式,简要阐述了本次课题选择尾舵斜铰接侧偏调速机构作为风力机被动调速装置的原因。介绍了空气动力学的基本理论,介绍了计算流体动力学（CFD）的基本理论及离散方法。（3）对风力机的整体参数进行了确定,选定了相应翼型,随后对调速机构进行了基本的理论计算,推导出各个角度之间的关系,接着利用MATLAB工具求解非线... 

【文章来源】：湘潭大学湖南省

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外风力发电发展现状
        1.2.1 世界风力发电发展现状
        1.2.2 国内风力发电发展现状
    1.3 国内小型风力机发展现状
    1.4 小型风力机被动调速机构发展现状
    1.5 本课题的意义和研究内容
第2章 风力机基本理论及计算流体力学方法简介
    2.1 风力机空气动力学基本理论
        2.1.1 动量理论
        2.1.2 叶素理论
        2.1.3 叶素-动量理论（BEM）
        2.1.4 涡流理论
    2.2 计算流体动力学方法
        2.2.1 计算流体动力学概述
        2.2.2 控制方程
        2.2.3 湍流模型介绍
        2.2.4 求解方法介绍
        2.2.5 计算流体力学的求解过程
    本章小结
第3章 小型水平风力机设计及其调速机构的理论计算
    3.1 风力机整体参数设计
        3.1.1 设计风速
        3.1.2 尖速比
        3.1.3 风轮叶片数
        3.1.4 风轮直径
        3.1.5 风轮转速
        3.1.6 塔架的高度
        3.1.7 翼型的选择
    3.2 调速机构的基本计算与公式推导
        3.2.1 小型风机被动调速工作过程的介绍
        3.2.2 叶轮偏转角度的计算
        3.2.3 尾舵回位力矩的计算
        3.2.4 风轮上的气动力及其产生力矩计算
        3.2.5 尾舵上的气动力及其产生力矩的计算
        3.2.6 静态分析
    3.3 具体参数确定及角度方程组求解
        3.3.1 相关参数的确定
        3.3.2 求解非线性方程组
    本章小结
第4章 风力机三维模型的建立
    4.1 风力机叶片模型的建立
        4.1.1 叶片的弦长和安装角的理论计算
        4.1.2 求解弦长和安装角的具体值
        4.1.3 叶片各个截面点实际坐标的求解及造型
    4.2 风力机尾翼建模
    4.3 风力机整机建模
    本章小结
第5章 风力机叶片及整机仿真分析
    5.1 叶片的流固耦合分析
        5.1.1 软件概述
        5.1.2 软件特点
        5.1.3 叶片网格的划分及前处理
        5.1.4 结果分析
    5.2 叶片的模态分析
    5.3 风力机整机数值模拟
        5.3.1 网格划分及前处理设置
        5.3.2 计算结果及分析
    本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
附录攻读学位期间发表的论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]中国可再生能源发展前景分析[J]. 余寅,唐宏德,郭家宝.  华东电力. 2009(08)
[2]我国风力发电设备制造业发展战略[J]. 徐进.  可再生能源. 2009(04)
[3]我国离网型风力发电行业发展现状[J]. 李德孚.  可再生能源. 2009(03)
[4]ANSYS-CFX单向流固耦合分析的方法[J]. 刘志远,郑源,张文佳,司佳钧.  水利水电工程设计. 2009(02)
[5]中国离网型风力发电行业2008年发展概况[J]. 李德孚.  农业工程技术(新能源产业). 2009(04)
[6]风力发电机叶片设计与气动性能仿真研究[J]. 张果宇,冯卫民,刘长陆,俞剑锋.  能源研究与利用. 2009(01)
[7]风力机叶片三维模型的计算机绘图法[J]. 陈严,宋聚众,李德源.  汕头大学学报(自然科学版). 2008(04)
[8]中国风能资源空间分布的估算[J]. 廖顺宝,刘凯,李泽辉.  地球信息科学. 2008(05)
[9]我国小型风力发电机的发展现状及趋势[J]. 张春友,田德,王海宽,亢燕茹,孙云峰,时燕.  农村牧区机械化. 2008(02)
[10]非线性方程几种数值解法的MATLAB程序[J]. 卢翼飞.  岳阳职业技术学院学报. 2008(01)

硕士论文
[1]基于MATLAB的小型风力机设计及其外流特性分析[D]. 周丙超.华中科技大学 2007
[2]水平轴风力机空气动力学数值模拟[D]. 张义华.重庆大学 2007
[3]水平轴风力机动力特性和流场的数值模拟[D]. 赵先民.同济大学 2007
[4]小型水平轴风力发电机叶片设计研究[D]. 杨新彦.广西大学 2006
[5]风力机叶片设计和稳定性分析[D]. 刘晓燕.西北工业大学 2004



本文编号：3339841