資源描述：
《mw級(jí)風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)特性及流固耦合特性研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、MW級(jí)風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)特性及流固耦合特性研究StudyonAerodynamicandFluid-structureInteractionCharacteristicsofMWWindTurbineBlade作者姓名：周茜茜專業(yè)名稱：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論指導(dǎo)教師：馬文星教授學(xué)位類別：工學(xué)碩士答辯日期：2015年5月29日摘要MW級(jí)風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)特性及流固耦合特性研究隨著世界性能源危機(jī)日益加劇，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，推進(jìn)新能源和可再生能源的開發(fā)利用已是大勢(shì)所趨。風(fēng)能具有就地可取、分布廣、無污染、可再生等優(yōu)點(diǎn)，已
2、成為新能源發(fā)展的重要方向。風(fēng)力發(fā)電有著廣闊的發(fā)展前景，在世界各地得到迅速發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電對(duì)于調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、降低環(huán)境污染、緩解能源危機(jī)等方面有著非常重要的意義。葉片是風(fēng)力機(jī)的關(guān)鍵零部件，葉片的翼型、結(jié)構(gòu)形式直接影響風(fēng)力機(jī)的性能。葉片設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的多目標(biāo)優(yōu)化過程。理想的葉片不僅能獲得良好的氣動(dòng)性能和較高的能量轉(zhuǎn)換效率，還能使風(fēng)電機(jī)組的整體性能得到改善。因此本文結(jié)合吉林省科技廳科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“基于HPC的兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模擬研究（201205095）”，選取風(fēng)力機(jī)的功率為2MW，對(duì)其展開氣動(dòng)
3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)論有以下幾點(diǎn)。1.采用動(dòng)量葉素理論設(shè)計(jì)法對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并應(yīng)用粒子群算法對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后的風(fēng)力機(jī)有較好的啟動(dòng)性能，弦長和扭角更加合理，年發(fā)電量增加了5.97%。利用空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)化法，將各截面翼型坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為空間三維坐標(biāo)，建立風(fēng)力機(jī)葉片的空間三維模型，為葉片氣動(dòng)特性分析奠定基礎(chǔ)。2.翼型的氣動(dòng)特性對(duì)風(fēng)力機(jī)整機(jī)的性能具有決定性的影響。對(duì)優(yōu)化后葉片所選用的典型翼型NACA4415進(jìn)行數(shù)值模擬，得到該翼型在額定風(fēng)速下的氣動(dòng)特性。此外，還研究了雷諾數(shù)、相對(duì)彎度
4、和相對(duì)厚度等因素對(duì)翼型氣動(dòng)性能的影響。3.采用周期性邊界條件，利用Fluent軟件對(duì)單葉片三維流場(chǎng)數(shù)值仿真，得到葉片迎風(fēng)面、背風(fēng)面的壓力分布和r/R=0.2、0.5、0.7三個(gè)截面下的空氣流速及湍流動(dòng)能分布圖。分析了迎風(fēng)面和背風(fēng)面壓力形成機(jī)理。研究了空氣流速與湍流動(dòng)能沿葉片展向的分布規(guī)律。研究結(jié)果表明空氣流速和湍流動(dòng)能隨r/R的增大而增大?？諝饬鹘?jīng)過葉片后沒有明顯分離和漩渦，表明葉片周圍氣流比較穩(wěn)定。湍流動(dòng)能強(qiáng)度圍繞翼型由葉根到葉尖處不斷增大，這是葉尖處容易失速的原因。以I上結(jié)論表明，本文所設(shè)計(jì)的
5、葉片有較好的氣動(dòng)特性。4.采用流固耦合方法研究了風(fēng)力機(jī)整機(jī)模型的氣動(dòng)特性以及動(dòng)力學(xué)特性。先用CFX軟件計(jì)算整機(jī)模型氣動(dòng)特性，再將氣動(dòng)特性載荷加載到固體風(fēng)力機(jī)上，實(shí)現(xiàn)單向流固耦合。主要分析額定風(fēng)速下葉片振動(dòng)頻率、振型以及形變，研究葉片變形與載荷分布相互影響機(jī)理。對(duì)風(fēng)力機(jī)模型無預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下靜力學(xué)特性也進(jìn)行了分析。計(jì)算結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的風(fēng)力機(jī)在流固耦合作用下不容易發(fā)生共振，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。關(guān)鍵詞：葉片設(shè)計(jì)，翼型，數(shù)值模擬，氣動(dòng)性能，流固耦合IIAbstractStudyonAerodynamicand
6、Fluid-structureInteractionCharacteristicsofMWWindTurbineBladeWiththedeteriorationofglobalenergycrisisandenvironmentalpollution,ithasbecomeageneraltendtodevelopandutilizenewandrenewableenergies.Windenergyplaysanimportantroleinthedevelopmentofnewenergie
7、s,withtheadvantagessuchasaccessible,onpollution,renewable，andsoon.Windpowerhasapromisingprospectandhasbeendevelopedquicklyintheworld.Itsdevelopmentisalsosignificanttoadjustenergystructure,decreaseenvironmentalpollution,andsolveenergycrisis.Bladeisacri
8、ticalcomponentofwindturbine.Itsairfoilandstructuredirectlydecidetheperformanceofwindturbine.Bladedesignisacomplexmulti-objectiveoptimizationprocess.Thewell-designedbladenotonlyhasbetteraerodynamicperformanceandhigherenergyconversionefficiency,
