本文選題：濃縮風(fēng)能裝置 + 建模仿真��； 參考：《華北電力大學(xué)(北京)》2017年博士論文

【摘要】：濃縮風(fēng)能型風(fēng)電機(jī)組的核心部分是濃縮風(fēng)能裝置。濃縮風(fēng)能裝置的結(jié)構(gòu)會(huì)影響到其平行管內(nèi)部的風(fēng)速,且會(huì)影響其擴(kuò)散管內(nèi)部的流動(dòng)分離,進(jìn)而影響其濃縮性能,需要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化;濃縮風(fēng)能裝置的選材會(huì)影響其成本及安全性,需要對(duì)其選材進(jìn)行優(yōu)化;結(jié)構(gòu)優(yōu)化及選材優(yōu)化之前需要對(duì)其所用計(jì)算流體力學(xué)方法進(jìn)行可靠性分析。(1)研究了濃縮風(fēng)能裝置所處流場(chǎng)的建模及仿真計(jì)算的可靠性基于計(jì)算流體力學(xué)中的控制方程、湍流的基本方程、湍流求解方法、湍流粘性模型進(jìn)行建模仿真,給出濃縮風(fēng)能裝置車載試驗(yàn)各風(fēng)速測(cè)試點(diǎn)的設(shè)置,對(duì)濃縮風(fēng)能裝置進(jìn)行計(jì)算流體力學(xué)分析,得出與采用速度入口相比,采用質(zhì)量流量入口可以使收縮管和平行管部分的計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確,并在后續(xù)仿真計(jì)算中入口條件采用質(zhì)量流量入口;對(duì)濃縮風(fēng)能裝置所處流場(chǎng)進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性分析,得出劃分網(wǎng)格時(shí)將相關(guān)中心設(shè)置為Fine,相關(guān)性設(shè)置為70時(shí),流體計(jì)算結(jié)果在定性預(yù)測(cè)方面是可靠的,可以用來(lái)對(duì)濃縮風(fēng)能裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化;且風(fēng)輪安裝截面處計(jì)算結(jié)果多數(shù)相對(duì)誤差在10%以內(nèi),基本可以滿足定量預(yù)測(cè)要求;在網(wǎng)格無(wú)關(guān)性測(cè)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行雷諾數(shù)無(wú)關(guān)性測(cè)試,最終結(jié)果表明,采用不同雷諾數(shù)進(jìn)行的仿真計(jì)算,其結(jié)果之間平均相對(duì)誤差差別較小;計(jì)算時(shí)采用的雷諾數(shù)與車載實(shí)驗(yàn)中的雷諾數(shù)稍有差別并不會(huì)在目前研究的流場(chǎng)中導(dǎo)致較大的誤差,并且采用經(jīng)計(jì)算得出的雷諾數(shù)進(jìn)行計(jì)算其相對(duì)誤差是最小的。(2)研究了濃縮風(fēng)能裝置的結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法是在原濃縮風(fēng)能裝置的擴(kuò)散管外緣增加一段擴(kuò)散管。根據(jù)新增擴(kuò)散管母線的不同長(zhǎng)度d及該母線與豎直方向的不同夾角α可以得出一系列濃縮風(fēng)能裝置模型;采用計(jì)算流體力學(xué)方法對(duì)不同結(jié)構(gòu)的濃縮風(fēng)能裝置模型進(jìn)行對(duì)比分析,得出性能較好的模型。分析新增擴(kuò)散管對(duì)濃縮風(fēng)能裝置性能的影響機(jī)理,得出擴(kuò)散管內(nèi)壁面附近出現(xiàn)流動(dòng)分離會(huì)使?jié)饪s性能下降,且流動(dòng)分離影響的是氣流在擴(kuò)散管內(nèi)部從軸線至擴(kuò)散管內(nèi)壁面的徑向擴(kuò)散,而徑向擴(kuò)散的標(biāo)志為軸線與擴(kuò)散管內(nèi)壁面之間出現(xiàn)順壓梯度。出現(xiàn)順壓梯度,則可以進(jìn)行徑向擴(kuò)散;未出現(xiàn),則徑向擴(kuò)散會(huì)受到阻礙,濃縮性能會(huì)變差。并且不同濃縮風(fēng)能裝置順壓梯度最早出現(xiàn)的位置相同處?kù)o壓越低,濃縮性能越好。得出新增擴(kuò)散管能夠提升濃縮風(fēng)能裝置的濃縮性能的原因是氣流在沿?cái)U(kuò)散管外壁面向新增擴(kuò)散管外緣流動(dòng)的過(guò)程中會(huì)加速,至新增擴(kuò)散管外緣處后氣流速度較大,并可以在新增擴(kuò)散管后方形成低壓區(qū),進(jìn)而可以對(duì)濃縮風(fēng)能裝置內(nèi)部形成強(qiáng)烈的抽吸作用,提高濃縮風(fēng)能裝置平行管內(nèi)部風(fēng)輪安裝平面的風(fēng)速,進(jìn)而大幅提升其濃縮性能。D為濃縮風(fēng)能裝置平行管內(nèi)徑,d和α分別為新增擴(kuò)散管母線長(zhǎng)度及其與豎直方向的夾角。分析了不同d值和α角度對(duì)濃縮風(fēng)能裝置性能的影響機(jī)理,并得出在待選的42種優(yōu)化模型中,4-40號(hào)模型,即d值為0.4D,α角度為40°時(shí),該模型為最優(yōu)模型。(3)研究了濃縮風(fēng)能裝置的選材優(yōu)化對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的濃縮風(fēng)能裝置模型進(jìn)行選材優(yōu)化設(shè)計(jì)。其方法是采用流固耦合的方法計(jì)算一定風(fēng)速下風(fēng)力載荷在由所選材料制成的濃縮風(fēng)能裝置上產(chǎn)生的最大應(yīng)力;如果該最大應(yīng)力小于所選材料的斷裂應(yīng)力,則該材料為可選用材料。在流固耦合分析中,為使計(jì)算結(jié)果更加可靠,對(duì)固體場(chǎng)進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性分析。分析結(jié)果表明,當(dāng)體網(wǎng)格及面網(wǎng)格尺寸小于0.015m,網(wǎng)格數(shù)目大于216379之后,流固耦合計(jì)算的精度即滿足要求。為盡量降低誤差,采用體網(wǎng)格及面網(wǎng)格的網(wǎng)格尺寸均為0.009m的網(wǎng)格劃分設(shè)置對(duì)固體場(chǎng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分,并進(jìn)行后續(xù)計(jì)算。對(duì)分別由聚碳酸酯、聚乙烯基木塑材料、有機(jī)玻璃制成的濃縮風(fēng)能裝置進(jìn)行流固耦合分析,計(jì)算結(jié)果表明,當(dāng)風(fēng)速為25m/s時(shí),由三種材料制成的濃縮風(fēng)能裝置在風(fēng)中所受最大應(yīng)力均遠(yuǎn)小于各自的斷裂應(yīng)力,且三種材料的等效變形量最大僅為5.9548 mm,因此在強(qiáng)度和剛度上三種材料均滿足要求,三種材料可以被用來(lái)制造濃縮風(fēng)能裝置。給出了針對(duì)斷裂應(yīng)力、楊氏模量和泊松比均會(huì)隨溫度發(fā)生改變的材料的選材優(yōu)化方法。
[Abstract]:The main part of the concentrated wind power plant is to concentrate the wind energy device . The structure of the concentrated wind energy device can affect the wind speed inside the parallel tube , and the flow separation inside its diffusion tube can be influenced . ( 2 ) The optimization method of the structure optimization of the concentrated wind energy plant is studied by adding a length of diffusion tube to the outer edge of the diffusion tube of the original concentrated wind energy plant .
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM315

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1951364