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水平轴风力机叶片气动弹性的风洞试验研究

作　者: 程鹏
导　师: 李惠
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 防灾减灾工程与防护工程
关键词: 风力机风洞试验气动弹性叶片
分类号: TK83
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 146次
引　用: 3次
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内容摘要

随着社会的发展和科学技术的进步,与传统能源相比,风能以其自身储量大、分布广和环境污染少等不可替代的优点而异军突起。但是对于商业风力机而言,气动弹性稳定性问题至今仍备受关注,特别是失速型风力机的失速颤振和变桨距型风力机的经典颤振。为了提高风力机系统的安全性和可靠性,需对风力机系统在风荷载作用下的响应有深刻理解。为此,本文正是基于风力机气动弹性模型研究风力机叶片在气动力、惯性力、弹性力以及科氏力耦合作用下的响应。本文的主要研究内容包括:首先,基于风洞尺寸和风洞气动弹性实验的要求,设计风力机气动弹性模型、顶部支撑、底部支撑以及斜拉支撑系统,并且实现数据采集系统的集成。其次,基于NUBRS逆向工程理论,实现风力机叶片的曲面造型功能,在此基础上导入到ANSYS中对其测点截面进行截面性质分析。最后,基于风力机气动弹性模型中叶片的挥舞方向、摆振方向和扭矩的测量值,给出挥舞方向、摆振方向和扭转方向的弯矩的瞬时平均值,并基于实验数据的分析和动量叶素理论给出实验现象的解释,进一步阐述风力机失速颤振临界现象。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题背景  9-14
    1.1.1 全球风电发展现状  9-11
    1.1.2 中国风电发展现状  11-12
    1.1.3 海上风电发展现状  12-14
  1.2 风力机的种类和特征  14-15
    1.2.1 水平轴风力机  14-15
    1.2.2 垂直轴风力机  15
  1.3 风力机风洞试验性能研究现状  15-16
  1.4 本文主要研究内容  16-17
第2章风力机的数学物理基础  17-38
  2.1 引言  17
  2.2 正常风模型  17-19
    2.2.1 平均风速分布  17-18
    2.2.2 正常风速廓线模型  18
    2.2.3 湍流模型  18-19
  2.3 风力机叶片的基本理论  19-27
    2.3.1 贝茨理论  19-21
    2.3.2 涡流理论  21-22
    2.3.3 动量理论  22-23
    2.3.4 叶素理论  23-25
    2.3.5 动量——叶素理论  25-26
    2.3.6 ONERA 升阻模型理论  26-27
  2.4 风力机在全荷载作用下的数学物理模型  27-29
    2.4.1 风力机叶片结构动力学的数学物理模型  27-28
    2.4.2 风力机塔架结构动力学的数学物理模型  28-29
    2.4.3 风力机系统结构动力学的数学物理模型  29
  2.5 风致结构响应的一般理论  29-35
    2.5.1 结构顺风向风振响应分析  30-32
    2.5.2 结构横风向风振响应分析  32-35
  2.6 风力机叶片气动弹性稳定性理论  35-37
    2.6.1 风力机叶片的失速颤振稳定性分析  35-36
    2.6.2 风力机叶片的经典颤振稳定性分析  36-37
  2.7 本章小结  37-38
第3章风力机试验设计基础  38-51
  3.1 引言  38
  3.2 风洞概况及实验目的  38-39
  3.3 风洞试验模型的设计  39-44
    3.3.1 风力机系统装置设计  39-40
    3.3.2 风力机顶座支撑设计  40-41
    3.3.3 风力机转轴设计  41-42
    3.3.4 风力机底座支撑设计  42
    3.3.5 风力机系统支撑设计  42-44
  3.4 风洞数字采集系统的实现  44-49
    3.4.1 试验转速采集系统  44-46
    3.4.2 试验风速采集系统  46
    3.4.3 试验应变采集系统  46-49
  3.5 风力机风洞试验荷载工况设计  49
  3.6 本章小结  49-51
第4章风力机风洞试验数据分析  51-78
  4.1 引言  51
  4.2 风力机叶片的根部应变分析  51-59
    4.2.1 原始数据采集分析  51-53
    4.2.2 基于平均周期的分析  53-55
    4.2.3 平均应变的计算分析  55-57
    4.2.4 平均应变随方位角变化分析  57-59
  4.3 风力机叶片的根部弯矩分析  59-76
    4.3.1 复合材料的弹性模量实验  59-60
    4.3.2 叶片截面性质的分析  60-62
    4.3.3 平均弯矩的计算分析  62-76
  4.4 本章小结  76-78
结论  78-79
参考文献  79-83
致谢  83

水平轴风力机叶片气动弹性的风洞试验研究

内容摘要

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