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兆瓦级风力机叶片挥舞摆振特性研究

作　者: 任延中
导　师: 康顺
学　校: 华北电力大学
专　业: 热能工程
关键词: Tj(?)reborg 气动分析模态分析结构分析
分类号: TK83
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

大自然中的风能具有不稳定、能量密度低地域分散等特点,风力机长期处在较为恶劣的大气环境中工作,长期受风剪切、表面污染腐蚀的影响,从而引起复杂的气动问题和流固耦合问题,对其安全性、可靠性提出了很高的要求。风力机叶片的设计过程中包括气动设计和结构设计,高效、精确的气动和结构分析对于提高风力机叶片设计效率对风力机的安全运行有着重要的意义。本文以丹麦Tj(?)reborg2MW定速变桨风力机实验测量结果为根据,提出一套基于Numeca、GH Bladed和Abaqus软件的气动结构联合分析的方法。采用CFD软件Numeca(?)口商用软件GH Bladed对风力机进行功率校核,计算值和实测值符合良好,确认了计算结果的可靠性。用Numeca软件包对典型工况下的风力机叶片进行流场分析,对比不同叶片展向截面的流线、湍流度和压力分布,分析早期兆瓦级风力机变桨控制和叶片设计的不足之处。采用GH Bladed和有限元软件Abaqus对风力机叶片在固定状态在进行结构分析。首先对叶片进行了模态分析,两种软件的计算值在低价模态与实测值符合良好。在确认模型可靠性的基础上,将CFD计算得到的载荷分布施加到叶片结构模型上,对叶片进行结构特性分析。为大型风力机叶片的气动结构联合分析提供了一种较为直观和简单的方法。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-19
  1.1 课题背景及研究目的  9-14
    1.1.1 课题背景  9-12
    1.1.2 风力机类型介绍  12-13
    1.1.3 研究的目的和意义  13-14
  1.2 研究方法及国内外研究现状  14-18
    1.2.1 风力机气动性能的研究方法  14-15
    1.2.2 风力机气动性能的研究现状  15
    1.2.3 风力机结构分析的研究方法  15-17
    1.2.4 风力机结构分析的研究现状  17-18
  1.3 主要研究内容  18-19
第2章风力机分析软件介绍  19-26
  2.1 Numeca软件介绍  19-22
    2.1.1 流体类型  19-20
    2.1.2 控制方程  20
    2.1.3 湍流模型  20-21
    2.1.4 边界条件  21-22
  2.2 GH Bladed软件介绍  22-23
    2.2.1 空气动力学基础  22-23
    2.2.2 结构动力学基础  23
  2.3 Abaqus软件介绍  23-25
    2.3.1 Abaqus基础  23-25
    2.3.2 Abaqus分析模型的组成  25
  2.4 本章小结  25-26
第3章 Tj(?)reborg 2MW风力机实验介绍  26-31
  3.1 Tj(?)reborg 2MW风力机介绍  26-27
  3.2 Tj(?)reborg 2MW风力机实验介绍  27-30
  3.3 本章小结  30-31
第4章 Tj(?)reborg风力机气动与载荷分析  31-37
  4.1 Numeca中的建模及计算设置  31-32
    4.1.1 叶片的建模  31-32
    4.1.2 计算设置  32
  4.2 GH Bladed中的建模及计算设置  32-34
  4.3 气动功率的校核  34-35
  4.4 气动性能分析  35-36
  4.5 本章小结  36-37
第5章 Tj(?)reborg风力机叶片模态计算及结构分析  37-46
  5.1 GH Bladed中的参数设置  37-38
  5.2 Abaqus中的计算设置  38-39
    5.2.1 有限元模型的建立  38
    5.2.2 截而属性、材料和边界条件设定  38-39
  5.3 叶片模态分析  39-41
  5.4 叶片结构特性分析  41-45
  5.5 本章小结  45-46
第6章结论与展望  46-48
  6.1 本文结论  46
  6.2 展望  46-48
参考文献  48-51
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  51-52
攻读硕士学位期间参加的科研工作  52-53
致谢  53

兆瓦级风力机叶片挥舞摆振特性研究

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