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风力机叶片气动性能的研究及其模拟仿真

作　者: 齐肖璐
导　师: 段巍
学　校: 华北电力大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 风力机叶片气动性能分析三维建模流场数值模拟
分类号: TK83
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

叶片作为风电机组的关键部件之一,其设计和可靠性直接关系到风力发电机组的安全运行,而气动性能的好坏将会直接影响到叶片外形设计及机组效率。因此,对叶片进行气动性能计算和数值模拟成为必要。本文根据动量叶素理论建立了风力机叶片气动计算模型,分别考虑叶尖损失、叶根损失、叶片宽度和厚度等因素的影响对模型进行修正;针对1.5MW风力机叶片,采用MATLAB语言编制了叶片气动性能计算程序,得到了叶片的功率和功率系数,分析了风轮实度、安装角、锥角以及偏航等因素对叶片气动性能的影响;对叶片进行三维实体建模,采用二阶SST k-ω湍流模型,运用ICEM软件对叶片周围流场进行网格划分,利用CFX软件针对不同风速下的风场进行了叶片气动性能数值模拟,得到了叶片表面压力分布,不同截面处的流场速度矢量及叶片迎、背风面的静态压强分布,分析了叶片流场的运动规律。研究成果为叶片外形的优化设计奠定了坚实基础。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-11
  1.2 国内外研究动态  11-14
    1.2.1 风机叶片气动性能的研究现状  11
    1.2.2 湍流模型的研究现状  11-12
    1.2.3 CFD 数值模拟方法的研究现状  12-14
  1.3 本课题的研究内容  14-15
第2章风力机叶片设计理论  15-23
  2.1 叶片的空气动力学理论  15-21
    2.1.1 贝茨理论  15-17
    2.1.2 涡流注理论  17-18
    2.1.3 叶素理论  18-21
  2.2 风力机性能参数  21-22
    2.2.1 叶尖速比λ  21
    2.2.2 风能利用系数C_P  21
    2.2.3 实度σ  21-22
  2.3 本章小结  22-23
第3章叶片气动性能影响因素  23-30
  3.1 叶片厚度、宽度对气动性能的影响  23
  3.2 叶尖速比λ对功率的影响  23-24
  3.3 叶片锥角对风轮气动性能的影响  24-26
  3.4 风剪切对风轮气动性能的影响  26-27
  3.5 偏航对风轮气动性能的影响  27-29
  3.6 本章小结  29-30
第4章叶片气动性能计算及分析  30-40
  4.1 诱导因子的计算  30-32
    4.1.1 考虑叶尖损失  31
    4.1.2 考虑轮毂损失  31-32
    4.1.3 G1auert 修正因子  32
    4.1.4 叶栅理论  32
  4.2 叶片气动性能计算  32-33
  4.3 算例  33-38
    4.3.1 风轮及风况参数  33-35
    4.3.2 a 、b 值的计算  35
    4.3.3 风轮气动性能影响因素分析  35-38
  4.4 本章小结  38-40
第5章叶片流场数值模拟  40-54
  5.1 流场模型  40
  5.2 数值模拟过程  40-41
  5.3 前处理  41-47
    5.3.1 模型建立  41-43
    5.3.2 流场模型网格划分  43-45
    5.3.3 边界条件的确定  45-46
    5.3.4 CFX 中求解设置  46-47
  5.4 数值模拟结果及分析  47-53
    5.4.1 迭代计算残差结果  47-49
    5.4.2 不同风速下的叶片压力场分析  49-50
    5.4.3 不同截面下的绕流分析  50-52
    5.4.4 截面的静态压强  52-53
  5.5 本章小结  53-54
第6章结论及展望  54-55
参考文献  55-58
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  58-59
致谢  59-60
详细摘要  60-66

风力机叶片气动性能的研究及其模拟仿真

内容摘要

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