小型H型垂直軸風(fēng)力機葉片翼型流固耦合分析及塔架靜動力研究.pdf

1、風(fēng)能作為一種重要的可再生能源，目前在世界范圍內(nèi)得到廣泛利用。現(xiàn)代風(fēng)力機主要分為兩類:水平軸風(fēng)力機與垂直軸風(fēng)力機。小型H型垂直軸風(fēng)力機具有低速性能好、噪音低、安全性高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等優(yōu)點而擁有很大的市場前景。葉片和塔架是風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的主要部件，葉片翼型氣動性能的優(yōu)劣對風(fēng)力機的功率具有重要影響，塔架作為風(fēng)力機的支撐部件，其安全性對風(fēng)力機具有重要影響。本文將針對目前垂直軸風(fēng)力機葉片通常采用的美國國家航空咨詢委員會研制的NACA航空翼型

2、進行流固耦合研究，利用有限元理論對垂直軸風(fēng)力機圓筒塔架進行靜力學(xué)與動力學(xué)分析。
　　 針對風(fēng)力機翼型在工作時的受力情況以及翼型相關(guān)的升力系數(shù)和阻力系數(shù)進行分析，為翼型的計算奠定基礎(chǔ)，針對目前垂直軸風(fēng)力機普遍使用的NACA0015翼型，根據(jù)該翼型的坐標數(shù)據(jù)，在ADINA軟件前處理中建立其幾何模型，在結(jié)構(gòu)模塊與流體模塊中進行設(shè)置形成求解文件，利用ADINA中流固耦合計算模塊ADINA-FSI對翼型進行數(shù)值計算。通過計算分析確定所選湍

3、流Spalart-Allmaras模型的準確性與收斂性;計算在0度攻角時四種不同網(wǎng)格情況下的翼型流場分布，研究表明選擇翼型表面網(wǎng)格60時耦合計算結(jié)果能夠滿足計算精度的要求，為本文的翼型流固耦合計算確定合適的網(wǎng)格;計算在不同來流攻角情況下的翼型氣動特性，分析翼型的氣動特性與入流攻角的關(guān)系;比較不同雷諾數(shù)情況下流固耦合計算、與純流體計算翼型氣動性能的差異，在低雷諾數(shù)時流體計算結(jié)果和耦合計算結(jié)果與實驗結(jié)果均吻合，隨著雷諾數(shù)的增大流固耦合計算結(jié)

4、果與實驗結(jié)果更接近。通過本文的研究為今后進一步進行翼型耦合研究與翼型優(yōu)化做基礎(chǔ)。
　　 分析垂直軸風(fēng)力機的風(fēng)輪與塔架在極端條件下的受力計算方法，按山東省內(nèi)出現(xiàn)的極端氣候條件得到兩種規(guī)格的風(fēng)力機風(fēng)輪與塔架的受力。按照簡化力學(xué)模型方法與有限元方法計算在極端條件下塔架的抗壓應(yīng)力，分析塔架的強度，比較簡化力學(xué)模型方法與有限元方法，得出有限元方法計算結(jié)果更加精確可靠;針對不同規(guī)格尺寸的圓筒塔架，分析改變圓筒壁厚與直徑兩種因素對于降低塔架應(yīng)