水平軸水輪機葉片的彎扭耦合設(shè)計及流固耦合計算.pdf

1、隨著新型清潔能源技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，潮流能的研究發(fā)展成為了各國新能源發(fā)展的一個新熱點。水平軸水輪機是潮流能轉(zhuǎn)換裝置應(yīng)用較為廣泛的一種，如何提高水平軸水輪機葉片的性能是成為了潮流能開發(fā)研究的重點問題。復(fù)合材料由于其比強度高、比模量高、抗疲勞性能好、易成形、可設(shè)計性強等優(yōu)點在風(fēng)力機葉片和海洋工程結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用，是水輪機葉片材料的新發(fā)展方向。
　　論文主要內(nèi)容有這幾方面：(1)本文以水平軸水輪機葉片為研究對象，首先從水平軸水輪機的研究

2、概況，接著介紹了近年來流固耦合的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、方法及成果，提出了本文的研究方法、研究思路以及研究內(nèi)容。(2)本文簡要介紹水輪機葉片的主要參數(shù)，探討水輪機葉片的受力與運動特性，給出了影響水輪機性能的無量綱參數(shù)，探討了水平軸水輪機葉片的葉素動量理論、渦理論和CFD三種研究方法，分別分析了這三種研究方法的優(yōu)缺點。(3)本文基于CFD數(shù)值計算和有限元連續(xù)梁理論，利用CFX+ANSYS Mechanical建立了水平軸水輪機葉片單向流固耦合的方

3、法，分別針對穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)兩種情況的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行比較分析；另外一方面還將單向流固耦合的計算結(jié)果與基于葉素動量理論的計算結(jié)果做出對比，驗證了該方法的可靠性、準(zhǔn)確性。(4)本文將基于復(fù)合材料彎扭耦合理論設(shè)計了水平軸水輪機彎扭耦合葉片，并基于拉格朗日非線性規(guī)劃理論對葉片的鋪層厚度進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，在保證葉片結(jié)構(gòu)安全的前提下，將葉片的總量減輕了6％，碳纖維布的使用面積減少近了25%。另一方面利用單向流固耦合的方法，對優(yōu)化后的彎扭耦合葉片的結(jié)構(gòu)性能