本文關鍵詞：兆瓦級升阻復合型垂直軸風力機氣動特性及結構研究

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【摘要】：垂直軸風力機相對水平軸風力機有無需對風的天然優(yōu)勢,而且升力型垂直軸風力機的風能利用率也可以達到與水平軸風力機相同的水平,但目前卻少有大功率的垂直軸風力機出現(xiàn)。阻礙其大型化的主要原因在于:升力型垂直軸風力機的啟動困難以及大型風輪結構的設計困難。為解決此問題,本文設計了新型升阻復合方式的兆瓦級垂直軸風力機,并對其氣動特性和結構進行了研究�；诖怪陛S風力機的致動盤理論和多流管理論,結合升阻復合型風輪的特點,并綜合考慮升力葉片及阻力葉片的各項參數(shù)對風輪氣動特性的影響,建立了分區(qū)域計算的多致動盤多流管理論模型,便于觀察風輪各參數(shù)的作用機理和高效地計算風輪的平均功率系數(shù)。針對理論模型難以考慮到各葉片之間相互影響的不足,采用FLUENT數(shù)值模擬的方法,對9種不同升阻復合風輪模型進行了啟動性能、運行效率、極限工況受力狀態(tài)等方面的研究。發(fā)現(xiàn)阻力葉片尺寸越大、距主軸越遠均會使風輪的啟動性能提升、運行效率下降,并分析了其原因。將升阻復合型風輪與傳統(tǒng)的純升力型風輪相比較,結果表明采用升阻復合型風輪對啟動性能提升顯著。將本文建立的多致動盤多流管理論模型的計算的功率系數(shù)與數(shù)值模擬的結果進行了對比,發(fā)現(xiàn)在低尖速比時比較準確,而在高尖速比時功率系數(shù)偏高,得到了理論模型的適用范圍。為解決兆瓦級風力機的風輪結構設計的困難,針對2MW升阻復合型風力機,對比了多種風輪整體方案和連接臂構型,進行優(yōu)選,依次設計校核了連接臂部分、主軸部分的鋼結構部件,并設計了升力葉片和阻力葉片的內部結構、鋪層材料及連接方式,為兆瓦級升阻復合型垂直軸風力機提供了一套完整可靠的風輪結構設計方案。利用ANSYS對所設計的風輪結構進行有限元分析,重點分析了在不同工況下結構的變形和應力,以及結構的固有頻率和振型,并通過對比計算,利用改變連接臂中各梁的管壁厚度以及增加結構部件的方式,改進了結構,提高了安全性。
【關鍵詞】：垂直軸風力機 升阻復合 兆瓦級 阻力葉片 風輪結構
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 風力發(fā)電背景及研究的目的和意義9-10
• 1.2 風力機分類及研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 水平軸風力發(fā)電機10-11
• 1.2.2 垂直軸風力發(fā)電機11-14
• 1.3 垂直軸風力機的主要研究方法14-16
• 1.4 兆瓦級垂直軸風力機存在的問題及研究現(xiàn)狀16-17
• 1.5 主要研究內容17-19
• 第2章 升阻復合型垂直軸風力機理論模型研究19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 升阻復合多致動盤多流管模型研究19-30
• 2.2.1 干擾因子19-26
• 2.2.2 功率系數(shù)計算26-30
• 2.3 利用理論模型計算平均功率系數(shù)30-32
• 2.4 本章小結32-33
• 第3章 基于數(shù)值模擬的升阻復合型風輪氣動特性研究33-53
• 3.1 引言33
• 3.2 數(shù)值模擬方法及設置33-36
• 3.2.1 二維模型及邊界條件33-34
• 3.2.2 FLUENT仿真設置34-36
• 3.3 阻力葉片尺寸與安裝位置對風輪氣動特性的影響36-50
• 3.3.1 仿真模型設置36-38
• 3.3.2 啟動性能研究38-41
• 3.3.3 運行效率研究41-49
• 3.3.4 極限工況受力研究49-50
• 3.4 升阻復合型風輪與純升力型風輪對比研究50-51
• 3.5 理論模型的對比驗證51-52
• 3.6 本章小結52-53
• 第4章 兆瓦級升阻復合型垂直軸風力機結構方案設計53-71
• 4.1 引言53
• 4.2 升阻復合型垂直軸風力機整體方案優(yōu)選53-56
• 4.3 連接臂構型優(yōu)選56-62
• 4.4 連接臂設計62-65
• 4.4.1 連接臂橫梁設計62-64
• 4.4.2 連接臂斜梁設計64
• 4.4.3 連接臂根部及法蘭連接處校核64-65
• 4.5 主軸輪轂及軸段設計65-66
• 4.6 葉片設計66-69
• 4.6.1 升力葉片設計67-68
• 4.6.2 阻力葉片設計68-69
• 4.7 葉片支撐梁的設計69-70
• 4.8 本章小結70-71
• 第5章 風輪結構有限元分析71-79
• 5.1 引言71
• 5.2 變形分析71-73
• 5.3 應力分析73-74
• 5.4 模態(tài)分析74-76
• 5.5 風輪結構的比較和改進76-78
• 5.6 本章小結78-79
• 結論79-81
• 參考文獻81-85
• 致謝85

【參考文獻】

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本文編號：517043