【摘要】：面對(duì)迫在眉睫的能源和環(huán)境危機(jī),以及風(fēng)能開(kāi)發(fā)成本的不斷降低,各國(guó)都在進(jìn)一步加大對(duì)風(fēng)力發(fā)電的開(kāi)發(fā)力度。風(fēng)力機(jī)是風(fēng)能利用的核心,而水平軸風(fēng)力機(jī)是風(fēng)力機(jī)主要形式。葉片作為水平軸風(fēng)力機(jī)的關(guān)鍵部位,其外形決定了風(fēng)力機(jī)風(fēng)能的轉(zhuǎn)換效率,因而葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)在風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)制造中占有相當(dāng)重要的地位。另外,風(fēng)力機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,葉片受到交變性和隨機(jī)性載荷,必然會(huì)發(fā)生振動(dòng)。葉片的振動(dòng)特性對(duì)葉片的變形和壽命有重要影響,因此對(duì)其進(jìn)行研究也是十分必要。 本文對(duì)水平軸風(fēng)力葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)及振動(dòng)特性開(kāi)展了相關(guān)研究,論文的主要工作和結(jié)論如下: ①回顧了國(guó)內(nèi)外水平軸風(fēng)力機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀,考察了風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀,并對(duì)水平軸風(fēng)力機(jī)葉片的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。 ②詳細(xì)介紹了水平軸風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)理論及Wilson葉片設(shè)計(jì)方法。 ③在片條理論基礎(chǔ)上,考慮葉尖和輪轂損失、葉柵、失速及葉片三維效應(yīng)等各種修正因素,建立了水平軸風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能計(jì)算模型。采用此模型對(duì)NREL 20kW風(fēng)力機(jī)進(jìn)行了氣動(dòng)性能計(jì)算,并對(duì)比NREL的計(jì)算結(jié)果,分析和檢驗(yàn)了模型的正確性及實(shí)用性。 ④對(duì)定槳距風(fēng)力機(jī)和變槳距風(fēng)力機(jī)采用了兩種不同的設(shè)計(jì)方法。對(duì)于定槳距風(fēng)力機(jī)的葉片優(yōu)化設(shè)計(jì),本文將葉片設(shè)計(jì)攻角當(dāng)著變量來(lái)處理,在不超過(guò)額定功率和基本運(yùn)行風(fēng)速的范圍內(nèi),綜合考慮葉片截面翼型氣動(dòng)特性,葉片截面之間的約束和風(fēng)場(chǎng)風(fēng)速的概率分布情況,以全年發(fā)電量最大為優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo),建立了定槳距風(fēng)力機(jī)關(guān)于葉片弦長(zhǎng)和扭角的氣動(dòng)優(yōu)化模型并利用遺傳算法對(duì)20kW定槳距風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)20kW定槳距3葉片風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)性能評(píng)價(jià)以及與NREL的同功率風(fēng)力機(jī)的對(duì)比表明,本文優(yōu)化設(shè)計(jì)的風(fēng)力機(jī)具有更好的氣動(dòng)性能。對(duì)于變槳距風(fēng)力機(jī)的葉片優(yōu)化設(shè)計(jì),利用Wilson方法對(duì)葉片進(jìn)行初步外形設(shè)計(jì),然后以設(shè)計(jì)攻角為變量建立了以額定風(fēng)速下功率系數(shù)最大為優(yōu)化目標(biāo)的1 MW變槳距風(fēng)力機(jī)葉片優(yōu)化模型并利用遺傳算法進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算,對(duì)比Wilson方法設(shè)計(jì)的結(jié)果,本文優(yōu)化的風(fēng)力機(jī)具有更好的氣動(dòng)性能,表明本文設(shè)計(jì)方法的優(yōu)越性。 ⑤基于葉片外形數(shù)據(jù)和翼型二維離散數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)復(fù)雜的矩陣坐標(biāo)變換得到葉片各點(diǎn)的三維數(shù)據(jù),利用三維建模軟件UG進(jìn)行了實(shí)體建模,為扭曲實(shí)體建模和其他復(fù)雜實(shí)體建模提供了新思路。 ⑥根據(jù)三維模型建立了葉片的有限元模型,利用ANSYS Workbench對(duì)葉片進(jìn)行了模態(tài)分析并計(jì)算得到Campbell圖。計(jì)算結(jié)果表明,葉片的主要振動(dòng)形式是揮舞振動(dòng)和擺振振動(dòng),葉片以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí),不會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類(lèi)號(hào)】：TK83
【圖文】：

累計(jì)裝機(jī)容量由6100MW增長(zhǎng)到158505MW，短短的13年翻了25倍，而且從近幾年看，增長(zhǎng)的勢(shì)頭一點(diǎn)不減，2009年全球風(fēng)電新增裝機(jī)容量38340MW，增速達(dá)到了31.8%，是近8年增長(zhǎng)速度最快的一年，詳見(jiàn)圖1.1。全球金融危機(jī)的大背景下，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)仍然繼續(xù)保持了快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，再次證明，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)不但已經(jīng)成為世界能源市場(chǎng)的重要力量，而且在拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和創(chuàng)造就業(yè)方面，也發(fā)揮著越來(lái)越重要作用。據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)估算，2009年全球風(fēng)電裝機(jī)容量總產(chǎn)值已達(dá)到450億歐元，相關(guān)從業(yè)人員約有50萬(wàn)人[3]。圖1.1 全球累計(jì)裝機(jī)容量(MW)Fig1.1 Global cumulative installed capacity截止到2009年底，世界上有100多個(gè)國(guó)家開(kāi)始發(fā)展風(fēng)電，美國(guó)，中國(guó)，德國(guó)，西班牙和印度累計(jì)裝機(jī)量列全球前五

我國(guó)風(fēng)電發(fā)展?fàn)顩r

且規(guī)模小、技術(shù)落后，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中風(fēng)雨飄搖，風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)主要依賴(lài)技術(shù)進(jìn)口。到2009年底，已經(jīng)有三家企業(yè)進(jìn)入世界10強(qiáng)，5家企業(yè)進(jìn)入前十五名，華銳、金風(fēng)和東方汽輪機(jī)已經(jīng)成為全球風(fēng)電界的著名品牌。由圖1.3可以看出，2004年，自主品牌只占據(jù)中國(guó)風(fēng)電市場(chǎng)份額25%，但2009年上升到87%，反映出我國(guó)風(fēng)電制造業(yè)最近5年獲得飛速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2009年底，在我國(guó)風(fēng)電整機(jī)制造商累計(jì)市場(chǎng)份額中，排在前五位的分別是華銳、金風(fēng)、東汽、Vestas和 Gamesa

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 陳廣華;風(fēng)力發(fā)電機(jī)組組合式葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[D];華北電力大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 邢壘壘;隨機(jī)風(fēng)載下兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性及有限元分析[D];蘭州理工大學(xué);2013年

2 閆磊;基于UG的風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)與分析[D];華北電力大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2772595