水平軸風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪系統(tǒng)動(dòng)態(tài)載荷特性研究

【摘要】：風(fēng)輪系統(tǒng)作為風(fēng)電機(jī)組最核心的部件之一,研究其在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的動(dòng)態(tài)載荷變化特性以及氣彈耦合過(guò)程特性是進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)與優(yōu)化,確保機(jī)組運(yùn)行壽命及整體安全穩(wěn)定的重要理論基礎(chǔ)。 以Beddoes-Leishman動(dòng)態(tài)失速簡(jiǎn)化模型為基礎(chǔ),通過(guò)Matlab編程仿真分析了NACA0012翼型的動(dòng)態(tài)失速特性。結(jié)果表明在翼型靜態(tài)失速攻角變化范圍內(nèi),翼型的失速攻角發(fā)生了明顯延遲,動(dòng)態(tài)升力系數(shù)較靜態(tài)升力系數(shù)出現(xiàn)了明顯的增加,而翼型動(dòng)態(tài)阻力系數(shù)較靜態(tài)阻力系數(shù)則變化不大。在研究模型參數(shù)對(duì)翼型動(dòng)態(tài)失速特性的影響方面,結(jié)果表明當(dāng)翼型平均攻角運(yùn)行范圍處于輕度失速和深度失速區(qū)時(shí),翼型的動(dòng)態(tài)失速效果明顯；增加衰減頻率可抑制流動(dòng)分離的發(fā)生；增加壓力時(shí)間常數(shù)可以提高最大升力系數(shù),而增加邊界層滯后時(shí)間常數(shù)可以提高動(dòng)態(tài)失速攻角。 在經(jīng)典葉素動(dòng)量理論及相關(guān)修正基礎(chǔ)上,引入Pitt-Pitters和TUDk動(dòng)態(tài)入流非定常模型,編寫(xiě)基于這兩種模型的剛性風(fēng)輪系統(tǒng)動(dòng)態(tài)載荷仿真計(jì)算Matlab程序,在對(duì)陣風(fēng)等風(fēng)速快速變化工況下的仿真結(jié)果表明：TUDk動(dòng)態(tài)入流模型與GL GH Bladed計(jì)算的誘導(dǎo)速度和風(fēng)輪系統(tǒng)載荷結(jié)果基本一致,證明了編寫(xiě)的計(jì)算程序的有效性；在對(duì)動(dòng)態(tài)瞬間變槳工況下的仿真結(jié)果表明Pitt-Pitters模型和TUDk模型與不考慮動(dòng)態(tài)入流效應(yīng)的均衡尾渦模型相比均能夠真實(shí)反映風(fēng)輪系統(tǒng)載荷的過(guò)沖擊現(xiàn)象。在引入動(dòng)態(tài)入流模型基礎(chǔ)上,將翼型動(dòng)態(tài)失速模型加入到風(fēng)輪系統(tǒng)載荷仿真計(jì)算程序中,仿真分析了在湍流風(fēng)工況下的風(fēng)輪動(dòng)態(tài)載荷變化特性,結(jié)果表明局部葉素氣動(dòng)載荷與風(fēng)輪系統(tǒng)整體載荷都較不考慮動(dòng)態(tài)失速時(shí)的載荷有明顯的增加。 利用梁的動(dòng)態(tài)變形原理推導(dǎo)考慮與不考慮葉片離心剛化效應(yīng)時(shí)的柔性風(fēng)輪系統(tǒng)葉片結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程,對(duì)局部葉素氣動(dòng)外阻尼的計(jì)算方法進(jìn)行研究推導(dǎo),編寫(xiě)了葉素氣動(dòng)外阻尼Matlab仿真計(jì)算程序,對(duì)模型葉素仿真結(jié)果表明葉素面內(nèi)較面外方向更容易出現(xiàn)負(fù)阻尼。將動(dòng)量葉素理論與結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模態(tài)疊加法相結(jié)合,編寫(xiě)了考慮氣彈耦合過(guò)程的風(fēng)輪系統(tǒng)載荷Matlab仿真計(jì)算程序,通過(guò)對(duì)葉片模態(tài)阻尼隨槳矩角變化特性的仿真結(jié)果表明模型中的葉片在正常運(yùn)行范圍內(nèi)是氣彈穩(wěn)定的；在湍流風(fēng)仿真工況下,編程仿真與GL GH Bladed計(jì)算的載荷與葉尖變形結(jié)果都具有較好一致性,證明了氣彈耦合仿真計(jì)算結(jié)果的合理性。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)電機(jī)組 風(fēng)輪系統(tǒng) 動(dòng)態(tài)失速 動(dòng)態(tài)入流 氣彈耦合
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM614
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 研究背景及意義11-14
• 1.1.1 研究背景11-13
• 1.1.2 研究目的及意義13-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 風(fēng)輪氣動(dòng)特性計(jì)算方法研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 風(fēng)輪非定常氣動(dòng)特性研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.3 風(fēng)輪氣彈耦合特性研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3. 論文研究?jī)?nèi)容20-21
• 第2章 二維翼型動(dòng)態(tài)失速特性研究21-38
• 2.1 引言21
• 2.2 動(dòng)態(tài)升力系數(shù)21-30
• 2.2.1 附著流21-25
• 2.2.2 尾緣動(dòng)態(tài)分離流25-30
• 2.3 動(dòng)態(tài)阻力系數(shù)30-32
• 2.3.1 誘導(dǎo)阻力30-31
• 2.3.2 粘性阻力31-32
• 2.4 模型參數(shù)變化對(duì)動(dòng)態(tài)失速的影響研究32-34
• 2.4.1 平均攻角對(duì)翼型動(dòng)態(tài)失速特性的影響32-33
• 2.4.2 衰減頻率k對(duì)翼型動(dòng)態(tài)失速特性的影響33-34
• 2.4.3 時(shí)間常數(shù)對(duì)翼型動(dòng)態(tài)失速特性的影響34
• 2.5 實(shí)際風(fēng)電機(jī)組葉片翼型的動(dòng)態(tài)失速特性研究34-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 第3章 經(jīng)典葉素動(dòng)量理論及其修正38-53
• 3.1 引言38
• 3.2 經(jīng)典葉素動(dòng)量理論及相關(guān)修正38-46
• 3.2.1 經(jīng)典葉素動(dòng)量理論38-42
• 3.2.2 葉素動(dòng)量理論相關(guān)修正42-44
• 3.2.3 誘導(dǎo)因子迭代求解及氣動(dòng)載荷合成44-46
• 3.3 機(jī)組結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系及其載荷分類(lèi)46-52
• 3.3.1 機(jī)組坐標(biāo)系定義與坐標(biāo)變換46-48
• 3.3.2 葉素動(dòng)量理論的結(jié)構(gòu)參數(shù)修正48-50
• 3.3.3 風(fēng)輪系統(tǒng)載荷分類(lèi)與合成50-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 第4章 剛性風(fēng)輪系統(tǒng)非定常載荷過(guò)程特性研究53-75
• 4.1 引言53
• 4.2 Pitt-Pitters動(dòng)態(tài)入流模型53-56
• 4.3 TUDk動(dòng)態(tài)入流模型56-59
• 4.4 風(fēng)輪動(dòng)態(tài)入流算例與結(jié)果分析59-69
• 4.4.1 模型算例數(shù)據(jù)59-60
• 4.4.2 階躍風(fēng)速與陣風(fēng)下載荷過(guò)程特性分析60-65
• 4.4.3 動(dòng)態(tài)變槳下載荷過(guò)程特性分析65-69
• 4.5 風(fēng)輪動(dòng)態(tài)失速載荷過(guò)程特性分析69-73
• 4.5.1 動(dòng)態(tài)失速模型與時(shí)域BEM相結(jié)合69-70
• 4.5.2 湍流風(fēng)下動(dòng)態(tài)失速載荷特性分析70-73
• 4.6 本章小結(jié)73-75
• 第5章 柔性風(fēng)輪系統(tǒng)非定常載荷過(guò)程特性研究75-99
• 5.1 引言75
• 5.2 葉片結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程75-82
• 5.2.1 不考慮離心力葉片動(dòng)力學(xué)方程75-77
• 5.2.2 考慮離心力葉片動(dòng)力學(xué)方程77
• 5.2.3 葉片氣動(dòng)外阻尼與結(jié)構(gòu)內(nèi)阻尼77-82
• 5.3 葉片模態(tài)計(jì)算82-87
• 5.3.1 不考慮離心剛化效應(yīng)83-85
• 5.3.2 考慮離心剛化效應(yīng)85-87
• 5.4 葉片氣彈耦合計(jì)算方法研究87-91
• 5.4.1 葉片模態(tài)疊加原理87-90
• 5.4.2 葉片氣彈耦合計(jì)算方法研究90-91
• 5.5 風(fēng)輪系統(tǒng)氣彈耦合過(guò)程特性分析91-97
• 5.5.1 葉片模態(tài)阻尼隨槳矩角變化特性分析91-93
• 5.5.2 動(dòng)態(tài)變槳下氣彈耦合載荷特性分析93-94
• 5.5.3 湍流風(fēng)下氣彈耦合載荷特性分析94-97
• 5.6 本章小結(jié)97-99
• 第6章 結(jié)論與展望99-101
• 6.1 結(jié)論99
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)99-100
• 6.3 展望100-101
• 在校期間發(fā)表論文和參加科研情況101-102
• 參考文獻(xiàn)102-106
• 致謝106

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丹麥風(fēng)能相當(dāng)于兩個(gè)核電站    本報(bào)駐赫爾辛基記者 郭林

美的空調(diào)風(fēng)輪風(fēng)道技術(shù)取得世界性突破    實(shí)習(xí)記者 陳晨

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