風(fēng)電除冰葉片溫度場(chǎng)預(yù)測(cè)方法研究及應(yīng)用

【摘要】：隨著國(guó)內(nèi)風(fēng)電市場(chǎng)的進(jìn)一步發(fā)展,風(fēng)能資源得到更大力度的開(kāi)發(fā)。在某些風(fēng)場(chǎng)中,風(fēng)電葉片可能出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)冰、覆冰情況,這將嚴(yán)重影響風(fēng)力機(jī)發(fā)電效率及壽命。所以市場(chǎng)對(duì)抗冰凍葉片的需求越來(lái)越急迫,開(kāi)發(fā)抗冰凍風(fēng)機(jī)葉片成為了國(guó)內(nèi)風(fēng)電葉片研究的一個(gè)重要方向。目前國(guó)內(nèi)在抗冰凍風(fēng)電葉片的研發(fā)尚處于起步階段。本文在總結(jié)現(xiàn)在國(guó)際上主要的抗冰凍葉片技術(shù)的基礎(chǔ)上。根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)際情況、風(fēng)力機(jī)整機(jī)廠要求,選取熱氣抗冰凍技術(shù)進(jìn)行研究,利用有限元軟件對(duì)風(fēng)電葉片進(jìn)行溫度場(chǎng)預(yù)測(cè),為熱氣抗冰凍技術(shù)提供理論指導(dǎo)。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:第一,本文首先提出了一種基于ANSYS殼單元的風(fēng)電葉片溫度場(chǎng)預(yù)測(cè)方法,解決葉片實(shí)體模型建模困難、復(fù)合材料等效熱物性參數(shù)難于獲得等問(wèn)題,為風(fēng)電葉片等復(fù)雜復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)的傳熱分析探索新的方法,為葉片抗冰凍裝置的研制提供理論指導(dǎo)。第二,自行研發(fā)了一套熱氣抗冰凍系統(tǒng),利用該裝置搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)葉片進(jìn)行加熱實(shí)驗(yàn),測(cè)取了相關(guān)溫度數(shù)據(jù),供有限元計(jì)算加載使用以及結(jié)果對(duì)比。為葉片溫度場(chǎng)有限元計(jì)算及計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度判斷提供參考。第三,基于上述方法,本文對(duì)某型號(hào)風(fēng)電葉片的溫度場(chǎng)進(jìn)行了分析,并將ANSYS計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)取數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,以驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的精確性及方法的可靠性。第四,編制開(kāi)發(fā)了一款風(fēng)電葉片溫度場(chǎng)分析輔助軟件,該軟件的編寫提出了一種葉片除冰溫度場(chǎng)分析的方式,大大簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程和計(jì)算成本。第五,對(duì)風(fēng)電葉片的除冰控制方式進(jìn)行了初步優(yōu)化研究。新的控制方式不僅可防止葉片結(jié)冰,并能有效降低整個(gè)系統(tǒng)的能耗?？傊?本文對(duì)風(fēng)電葉片溫度場(chǎng)預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了研究,將ANSYS殼單元應(yīng)用于風(fēng)電葉片的溫度場(chǎng)分析,開(kāi)成功開(kāi)發(fā)了一款葉片除冰計(jì)算輔助軟件,可快速有效地預(yù)測(cè)風(fēng)電葉片在各工況下的溫度場(chǎng)分布,為風(fēng)電葉片等復(fù)雜的復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)的傳熱分析探索了新的研究方法。在上述方法的基礎(chǔ)上,本文還成功研制了一套熱氣抗冰凍系統(tǒng),并對(duì)除冰控制方式的優(yōu)化方法進(jìn)行了一些初步研究,得到一些比較有意義的結(jié)果,為葉片抗冰凍裝置的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)電葉片 抗冰凍 溫度場(chǎng) 熱分析 殼單元
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM315
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題來(lái)源9
• 1.2 風(fēng)能資源的利用及發(fā)展9-11
• 1.3 風(fēng)電葉片覆冰機(jī)理及預(yù)防技術(shù)研究進(jìn)展11-15
• 1.3.1 風(fēng)電葉片覆冰機(jī)理11-12
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)外主要的抗冰凍技術(shù)研究進(jìn)展12-15
• 1.4 有限元方法和ANSYS軟件簡(jiǎn)介15-17
• 1.4.1 有限元方法簡(jiǎn)介15-16
• 1.4.2 ANSYS軟件簡(jiǎn)介16-17
• 1.5 本論文的選題依據(jù)和主要研究?jī)?nèi)容17-19
• 1.5.1 本論文的選題依據(jù)17-18
• 1.5.2 本論文主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)安排18-19
• 第2章 風(fēng)電葉片溫度場(chǎng)預(yù)測(cè)方法19-36
• 2.1 風(fēng)電葉片傳熱分析理論基礎(chǔ)19-26
• 2.1.1 風(fēng)電葉片及覆冰的熱傳導(dǎo)20-23
• 2.1.2 風(fēng)電葉片的對(duì)流換熱23-26
• 2.2 風(fēng)電葉片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及溫度場(chǎng)分析流程26-29
• 2.2.1 風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)特點(diǎn)27-28
• 2.2.2 風(fēng)電葉片溫度場(chǎng)計(jì)算流程28-29
• 2.3 ANSYS單元特點(diǎn)及選擇29-31
• 2.3.1 SHELL 131單元特點(diǎn)30-31
• 2.3.2 SOLID 70單元特點(diǎn)31
• 2.4 復(fù)合材料鋪層處理方法及驗(yàn)證計(jì)算31-35
• 2.4.1 模型及方法選擇32-33
• 2.4.2 計(jì)算使用材料熱物性參數(shù)33-34
• 2.4.3 計(jì)算及驗(yàn)證結(jié)果分析34-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第3章 風(fēng)電葉片熱氣抗冰凍系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)36-44
• 3.1 熱氣防冰凍系統(tǒng)的組成及工作原理36-38
• 3.1.1 熱氣抗冰凍系統(tǒng)的組成36-37
• 3.1.2 風(fēng)電葉片熱氣抗冰凍系統(tǒng)工作原理37-38
• 3.2 熱氣抗冰凍系統(tǒng)安裝38-39
• 3.3 風(fēng)電葉片溫度場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量39-42
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置39-40
• 3.3.2 數(shù)據(jù)測(cè)量方法及記錄40-42
• 3.4 本章小結(jié)42-44
• 第4章 風(fēng)電葉片溫度場(chǎng)的有限元模擬44-55
• 4.1 風(fēng)電葉片的有限元模型44-49
• 4.1.1 幾何模型的確定及網(wǎng)格劃分44-47
• 4.1.2 單元類型及材料參數(shù)轉(zhuǎn)換47-49
• 4.2 邊界條件及載荷處理49-51
• 4.3 計(jì)算結(jié)果分析51-54
• 4.3.1 計(jì)算結(jié)果分析51-53
• 4.3.2 計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析53-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 第5章 風(fēng)電葉片溫度場(chǎng)預(yù)測(cè)輔助軟件55-63
• 5.1 除冰方法及軟件的主要功能55-56
• 5.1.1 風(fēng)電葉片除冰方法55
• 5.1.2 軟件主要功能55-56
• 5.2 軟件界面介紹及操作說(shuō)明56-58
• 5.3 宏文件介紹及軟件應(yīng)用實(shí)例58-61
• 5.3.1 宏文件及其功能介紹58-60
• 5.3.2 除冰實(shí)例60-61
• 5.4 本章小結(jié)61-63
• 第6章 除冰控制方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)63-68
• 6.1 冰層厚度對(duì)除冰效率的影響63-65
• 6.1.1 除冰模型選擇及邊界條件設(shè)置63
• 6.1.2 不同冰層厚度模型的有限元分析63-65
• 6.2 溫度載荷優(yōu)化65-67
• 6.2.1 優(yōu)化模型及工況的選擇66
• 6.2.2 不同溫度載荷對(duì)除冰效率的影響66-67
• 6.3 本章小結(jié)67-68
• 全文總結(jié)與展望68-70
• 參考文獻(xiàn)70-73
• 致謝73-74
• 攻讀碩士期間所發(fā)表的論文和參與的科研項(xiàng)目74
• 碩士期間發(fā)表的論文與申報(bào)的專利74
• 碩士期間參與的科研項(xiàng)目74

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