风力机叶片气动弹性耦合分析与优化

发布时间：2021-06-23 15:22

　　随着风电技术发展,叶片长度增加,柔性增强。叶片大变形效应与多自由度耦合作用使气弹效应愈加明显,其弯曲与扭转变形相互耦合,影响叶片的气弹扭角与荷载分布,进一步影响风力机的功率输出及安全稳定运行。因此,研究风力机叶片的气弹耦合特性,探求叶片气弹效应对叶片性能的影响规律,对叶片的设计与运行显得极其重要。气弹耦合模型作为该项研究工作的基础,为了提高其计算精度,文中建立了一种准三维气弹耦合数学模型。在结构建模上,针对叶片的三维铺层结构和材料特性,考虑柔性叶片的几何非线性与耦合受载特性,采用APDL（Ansys Parametric Design Language）语言建立了叶片三维静态和动态分析模型,增加了叶片结构分析自由度,并与100 kW叶片的全尺寸静力试验结果进行对比,验证了其准确性;在气动建模上,考虑叶片变形及振动速度的影响,结合动态失速修正理论,发展了 BEM方法,基于Matlab平台编程建立相应的气动分析模型,并采用Bladed软件计算结果及实验结果验证了其准确性。此外,综合考虑模型的计算精度与时间,选用了弱耦合方式进行模型数值求解,即气动模块与结构模块分别独立求解,在耦合界面上采用... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市

【文章页数】：100 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
符号表
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 风电发展现状
        1.1.2 研究的意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 气弹问题研究现状
        1.2.2 气弹耦合模型研究现状
            1.2.2.1 气动模型研究现状
            1.2.2.2 结构模型研究现状
            1.2.2.3 耦合模式研究现状
            1.2.2.4 气弹耦合模型发展趋势
    1.3 研究内容与主要工作
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 主要工作
第二章 静气弹特性研究
    2.1 模型建立过程
        2.1.1 气动建模基本理论及过程
        2.1.2 风力机叶片荷载计算
        2.1.3 结构建模过程
    2.2 模型验证
        2.2.1 气动模型验证
            2.2.1.1 检验标准的选取
            2.2.1.2 气动模型验证过程
        2.2.2 结构模型验证
    2.3 静气弹问题研究
        2.3.1 数值计算过程
        2.3.2 计算结果分析
    2.4 本章小结
第三章 动气弹特性研究
    3.1 剪切风作用下的几何线性气弹分析
        3.1.1 剪切风定义及研究背景
        3.1.2 数值计算过程
        3.1.3 结果分析
    3.2 剪切风及动态失速下几何线性气弹分析
        3.2.1 动态失速及其数值计算方法
        3.2.2 数值计算过程
        3.2.3 结果分析
    3.3 剪切风速及动态失速下几何非线性气弹分析
        3.3.1 几何非线性
        3.3.2 数值计算
        3.3.3 结果分析
    3.4 本章小结
第四章 气弹优化
    4.1 气弹优化研究背景
    4.2 优化算法介绍
        4.2.1 目标函数
        4.2.2 约束条件
        4.2.3 优化过程
    4.3 优化结果对比分析
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 创新点
    5.3 展望
参考文献
致谢
研究生期间发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]大型风电叶片设计制造技术发展趋势[J]. 徐宇,廖猜猜,张淑丽,苏祥颖,赵晓路.  中国科学:物理学 力学 天文学. 2016(12)
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[3]Numerical analysis and experimental investigation of wind turbine blades with innovative features:Structural response and characteristics[J]. CHEN Xiao,QIN ZhiWen,YANG Ke,ZHAO XiaoLu,XU JianZhong.  Science China（Technological Sciences）. 2015(01)
[4]大型水平轴风力机叶片气动弹性计算[J]. 唐迪,陆志良,郭同庆.  应用数学和力学. 2013(10)
[5]基于改进BEM理论的水平轴风力机气动性能预测[J]. 郭琪琪,刘雄伟,凡盛.  机械设计与研究. 2013(04)
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[7]基于三维气动力的静气动弹性响应分析[J]. 张波成,万志强,杨超.  工程力学. 2011(07)
[8]基于气动弹性理论的风力机叶片耦合分析[J]. 王旭东,陈进,张石强.  太阳能学报. 2010(01)
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博士论文
[1]风力机叶片流固耦合数值模拟[D]. 李媛.华北电力大学 2013

硕士论文
[1]大型风力机阻尼叶片抑颤特性研究[D]. 李占龙.太原科技大学 2013
[2]风力机旋转叶片动力特性及响应分析[D]. 信伟平.汕头大学 2005
[3]ANSYS二次开发及其大变形性能研究[D]. 徐巍.中国农业大学 2005
[4]大展弦比机翼的非线性气弹响应与颤振分析[D]. 于雷.南京航空航天大学 2005



本文编号：3245185