风力机适应性叶片的参数化建模与有限元分析

摘要

叶片是风力发电机组的重要元件,也是受力最为复杂的部件,具有良好空气动力性能的叶片是风电机组高效利用风能、降低整机重量、提高经济效益的关键。风力机适应性叶片是国外提出的一种新型叶片设计方案,能适应风速的变化,自动改变叶片形状,产生合理的扭曲,从而提高风能捕获效果,降低叶片承受冲击载荷,并在高风速时可改善安全性。风力机叶片设计复杂,往往需多次反复,因此,采用参数化设计、分析是改善设计效果、提高设计效率的重要步骤。本课题在分析目前风力发电机组叶片设计理论的基础上,利用参数化设计语言(APDL),实现了风力机适应性叶片参数化设计。APDL程序运行表明,流程合理,修改方便,结果正确,效率较高。论文的主要研究内容如下:1、适应性叶片设计在充分分析风力机叶片空气动力学的基础上,根据风力机的输出功率,风力机的设计风速,风能利用系数以及空气密度等叶片技术要求,合理选择适应性叶片翼型,详细确定叶片模型参数。2、参数化建模采用APDL语言,通过建立宏文件,只需要对坐标进行平移、旋转、调用宏,然后对截面上的关键点进行缩放即可,减少了每做一个截面都需要重复生成关键点的步骤,而且对于不同的模型,只需对关键点的数据进行修改即可以重新生成所需要的模型,充分利用了ANSYSAPDL参数化建模的优点,从而能够快速准确的生成用户所需要的风力机叶片模型。3、有限性分析根据具体的风力机叶片参数,完成了叶片结构静力学分析和模态分析。数值计算表明,APDL模型正确,结果合理。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 风能简介

1.1.1 风能利用意义

1.1.2 风能利用现状

1.2 风力机叶片概述

1.2.1 风力机类型

1.2.2 风力机发展趋势

1.2.3 风力机叶片发展现状

1.2.4 风力机适应性叶片的应用

1.3 课题研究的目的和意义

1.4 课题研究的内容

1.4.1 适应性叶片设计

1.4.2 适应性叶片参数化建模

1.4.3 适应性叶片有限元分析

1.5 小结

第二章 叶片的空气动力学理论

2.1 风力机基本理论

2.1.1 风能密度

2.1.2 风能利用率

2.1.3 风力机空气动力特性

2.2 叶片翼型参数

2.2.1 翼型的几何参数

2.2.2 升力和阻力系数

2.3 风力机叶片设计理论

2.3.1 动量理论

2.3.2 涡流理论

2.4 适应性叶片的设计内容

2.4.1 适应性叶片的参数设计

2.4.2 适应性叶片的结构

2.4.3 适应性叶片的安全设计

2.5 小结

第三章 APDL 参数化设计

3.1 ANSYS 模块及应用

3.1.1 ANSYS 软件模块

3.1.2 ANSYS 中求解问题的一般步骤

3.2 APDL 概述

3.2.1 APDL 参数化语言

3.2.2 APDL 的应用过程

3.3 小结

第四章 风力发电机适应性叶片的参数化建模

4.1 参数化建模的意义

4.2 适应性叶片的实体建模

4.2.1 适应性叶片特征参数确定

4.2.2 参数的选取和设置

4.2.3 建立实体模型

4.3 小结

第五章 风力发电机适应性叶片的有限元分析

5.1 有限元法分析步骤

5.1.1 物体离散化

5.1.2 单元特性分析步骤

5.2 有限元分析内容

5.2.1 静力结构分析

5.2.2 动力结构分析

5.3 采用ANSYS 对模型进行分析

5.3.1 网格划分

5.3.2 后处理

5.3.3 模态分析

5.4 小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录

致谢

在读期间取得的科研成果

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