風(fēng)電機組風(fēng)輪氣動特性仿真與風(fēng)洞試驗

【摘要】：為了研究風(fēng)電機組風(fēng)輪氣動特性,對其進行了仿真和風(fēng)洞試驗。 研究比較了葉片的設(shè)計方法,考慮了葉尖損失,選擇Wilson設(shè)計模型用MATLAB編寫了設(shè)計葉片的程序,來計算葉片各個不同截面的弦長和扭角參數(shù),并對其進行擬合優(yōu)化,以便于加工。 通過對風(fēng)電機組專用低風(fēng)速翼型與傳統(tǒng)翼型的仿真,得出了在低雷諾數(shù)下風(fēng)電機組專用低風(fēng)速翼型具有更好的氣動性能的結(jié)論。為風(fēng)電機組專用低風(fēng)速翼型的進一步研究提供參考。 利用GH Bladed建立了風(fēng)輪仿真模型,根據(jù)風(fēng)洞試驗工況進行仿真,功率仿真結(jié)果與風(fēng)洞試驗結(jié)果一致,證明了仿真模型的可行性。 提出了一種測量葉片根部應(yīng)變的試驗方法,能有效地減小葉片自重對葉片根部應(yīng)變的測量結(jié)果的影響。試驗開始前,應(yīng)將貼有應(yīng)變片的葉片的軸線方向保持垂直向上或者垂直向下,再在應(yīng)變測量軟件imc CANSAS模塊中對全橋橋路執(zhí)行零平衡,這樣在后續(xù)的處理數(shù)據(jù)時取值某一段時間內(nèi)的幾何平均值為應(yīng)變,能夠抵消大部分葉片自重對結(jié)果的影響。 從葉片根部應(yīng)變曲線來看,初始階段,應(yīng)變變化量較大,隨后在不同風(fēng)速以在某個值為基礎(chǔ)上下起伏,但基本趨于平衡。在風(fēng)輪開始轉(zhuǎn)動以后,隨著轉(zhuǎn)速的增加,由于葉片的自重使得離心力作用增加,葉片根部的應(yīng)變變化量呈減小趨勢。然而,測量的應(yīng)變是個相對值,并不能由此計算出葉片根部的絕對應(yīng)力。 試驗機組風(fēng)輪的起動風(fēng)速在45。槳距角時最小為7.8m/s,在0。槳距角時最大為13.9m/s；最大停機風(fēng)速在35。槳距角時最小為5.96m/s,在0。槳距角時最大為11.42m/s。起動風(fēng)速和最大停機風(fēng)速較大的差值說明風(fēng)電機組試驗?zāi)Ｐ偷膫鲃酉到y(tǒng)存在著一定的靜摩擦力或者由風(fēng)輪質(zhì)量不平衡引起的力矩,使風(fēng)輪起動需要消耗一部分能量。也證明了在較大的槳距角下,風(fēng)輪容易獲得較大的轉(zhuǎn)矩。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)電機組 風(fēng)輪 氣動特性 仿真 風(fēng)洞試驗 應(yīng)變
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 課題研究背景11
• 1.2 風(fēng)電現(xiàn)狀11-18
• 1.2.1 國外風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國外風(fēng)電研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 國內(nèi)風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀14-17
• 1.2.4 國內(nèi)風(fēng)電研究現(xiàn)狀17
• 1.2.5 挑戰(zhàn)及建議17-18
• 1.3 論文研究內(nèi)容18-19
• 第2章 風(fēng)電機組基礎(chǔ)理論19-32
• 2.1 風(fēng)輪性能系數(shù)19-20
• 2.1.1 葉尖速比19
• 2.1.2 風(fēng)能利用系數(shù)19
• 2.1.3 推力系數(shù)和扭矩系數(shù)19-20
• 2.2 風(fēng)電機組基礎(chǔ)理論20-30
• 2.2.1 風(fēng)輪尾流不旋轉(zhuǎn)的動量理論20-22
• 2.2.2 風(fēng)輪尾流旋轉(zhuǎn)的動量理論22-25
• 2.2.3 葉素理論25-29
• 2.2.4 動量葉素理論29-30
• 2.3 本章小結(jié)30-32
• 第3章 葉片設(shè)計32-44
• 3.1 風(fēng)輪直徑和額定轉(zhuǎn)速32
• 3.2 額定風(fēng)速32
• 3.3 葉尖速比32-33
• 3.4 翼型33-36
• 3.4.1 雷諾數(shù)33-34
• 3.4.2 翼型參數(shù)34-36
• 3.5 葉片設(shè)計模型36-39
• 3.5.1 簡化設(shè)計模型36
• 3.5.2 Schmitz設(shè)計模型36
• 3.5.3 Glauert設(shè)計模型36-37
• 3.5.4 Wilson設(shè)計模型37-39
• 3.6 葉片設(shè)計結(jié)果39-43
• 3.7 本章小結(jié)43-44
• 第4章 風(fēng)電機組風(fēng)輪氣動特性仿真44-52
• 4.1 仿真模型44-47
• 4.1.1 風(fēng)輪44-46
• 4.1.2 傳動鏈46-47
• 4.1.3 風(fēng)速模塊47
• 4.2 仿真結(jié)果47-51
• 4.3 本章小結(jié)51-52
• 第5章 風(fēng)電機組風(fēng)輪氣動特性風(fēng)洞試驗52-81
• 5.1 風(fēng)洞52-53
• 5.2 試驗方案53
• 5.3 試驗設(shè)備和儀器53-66
• 5.3.1 永磁電機53
• 5.3.2 扭矩傳感器53-56
• 5.3.3 應(yīng)力應(yīng)變儀56-57
• 5.3.4 葉片57-58
• 5.3.5 應(yīng)變片58-62
• 5.3.6 電壓表62
• 5.3.7 電流表62-63
• 5.3.8 負載63-64
• 5.3.9 風(fēng)電機組風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ?/span>64-66
• 5.4 試驗結(jié)果與分析66-80
• 5.4.1 葉片根部應(yīng)變標定66-69
• 5.4.2 應(yīng)變分析69-77
• 5.4.3 起動風(fēng)速和最大停機風(fēng)速77-78
• 5.4.4 功率曲線修正系數(shù)78-80
• 5.5 本章小結(jié)80-81
• 第6章 結(jié)論與展望81-83
• 6.1 結(jié)論81-82
• 6.2 展望82-83
• 參考文獻83-87
• 附錄87-94
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文94-95
• 致謝95

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