风力机叶片的设计与结构特性分析
发布时间：2020-05-15 11:43
【摘要】：根据陆地、近海及深海所处环境及工况的不同,本文设计了1.5MW、3MW及5MW水平轴风力机叶片,并分别对这三种不同兆瓦级风力机叶片进行了模态分析；然后以5MW风力机为研究对象,进行了风力机流场数值仿真计算分析和单向流固耦合分析；最后对5MW风力机进行了模态分析。论文主要做了以下工作：1.根据叶素动量理论,考虑叶尖损失模型,使用威尔森理论模型对1.5MW、3MW和5MW风力机叶片进行了叶片气动外形的设计计算,得到了叶片不同叶展处扭角、弦长等几何参数。2.通过坐标转换,将设计计算得到的叶片几何参数,转换为叶片三维空间数据,利用参数化三维造型建模软件Pro/E完成了1.5MW、3MW和5MW风力机叶片及整机实体建模。3.在无外界激振力的条件下,分别对1.5MW、3MW和5MW风力机叶片进行了模态分析。得到了这三种不同兆瓦级风力机叶片的模态频率和振型等振动特性,并对其模态结果进行了分析研究,结果表明：所设计的三种不同兆瓦级风力机叶片的固有频率与风轮高度处风的湍流激励频率不重合,并且风力机从启动到正常运转过程中都不会与叶片固有频率重合,不会产生共振。4.在额定风速的条件下,进行了5MW风力机的流场数值仿真,并通过分析计算得出了所设计风力机的实际输出功率和实际风能利用系数,误差值都在允许的范围内,并分析了产生设计误差的原因。通过流场仿真计算得到了5MW风力机叶片表面压力分布及叶展不同位置处各截面的压力分布,并对其进行了分析,分析结果表明叶片表面及各截面处的压力分布,均与风力机做功特性相符合。5.进行了5MW风力机的单向流固耦合分析。将流场数值计算得到的气动力作为结构动力学模块的输入数据,并对风力机加载重力和风轮旋转产生的离心力,通过计算得到了5MW风力机叶片的等效应力和应力强度结果,并对计算结果进行了分析研究。然后根据第三强度理论,对风力机叶片的结构强度进行了校核,叶片满足强度要求。6.在无外界激振力、有气动力、有离心力的条件下,分别对5MW风力机进行了模态分析,得到了风力机的各阶模态频率,并对其进行了对比分析,为风力机的结构动力特性进行更深的研究提供了参考依据。
【图文】：
风力机两侧与流场边界的距离取２倍的风轮直径（２１０ｍ）。计算域的设定满足了气逡逑体流动不会因风力机的旋转而改变的要求，而且因下游尾迹段设定的足够远，风逡逑力机尾流对风力机气动性能的影响基本可Ｗ忽略。５ＭＷ邋Ｍ力机流场计算域如图４－３逡逑所示。逡逑叛‘Ｓ￥Ｂ逡逑献l掑义稀鲥澹邋危А澹В俊ⅲА㈠义襄巍澹垮义希河郑，
本文编号：2664975
【图文】：
风力机两侧与流场边界的距离取２倍的风轮直径（２１０ｍ）。计算域的设定满足了气逡逑体流动不会因风力机的旋转而改变的要求，而且因下游尾迹段设定的足够远，风逡逑力机尾流对风力机气动性能的影响基本可Ｗ忽略。５ＭＷ邋Ｍ力机流场计算域如图４－３逡逑所示。逡逑叛‘Ｓ￥Ｂ逡逑献l掑义稀鲥澹邋危А澹В俊ⅲА㈠义襄巍澹垮义希河郑，
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