立軸風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)與結(jié)構(gòu)分析.pdf

1、隨著越來(lái)越嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題的出現(xiàn)和化石燃料有限儲(chǔ)量減少的雙重危機(jī)的日益加深，人類對(duì)可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用變得無(wú)比迫切。現(xiàn)有風(fēng)能利用技術(shù)的快速發(fā)展已使風(fēng)能成為目前最重要的一種可再生資源?，F(xiàn)有的風(fēng)能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)大部分將風(fēng)能通過(guò)風(fēng)力機(jī)裝置轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，通常風(fēng)力機(jī)按風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸在空間的方向，分為水平軸風(fēng)力機(jī)(Horizontal．Axis Wind Turbine簡(jiǎn)稱為HAWT)和立軸風(fēng)力機(jī)(Vertical Axis Wi

2、nd Turbine簡(jiǎn)稱為VAWT)兩大類，今天的VAWTs以Darrieus形式得到聞名。 考慮VAWT旋轉(zhuǎn)對(duì)雷諾數(shù)的影響，局部紊流情況下葉片的動(dòng)態(tài)失速效應(yīng)，引入風(fēng)剪效應(yīng)對(duì)氣動(dòng)效率的影響，結(jié)合基于動(dòng)量原理的雙多流管氣動(dòng)模型，建立起獲取VAWT風(fēng)輪的風(fēng)能利用系數(shù)、功率和氣動(dòng)載荷的理論方法。 對(duì)于VAWTs，獲取準(zhǔn)確的Campbell圖對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起主導(dǎo)作用。結(jié)合有限元程序ABAQUS 6．5．1，考慮葉片梁?jiǎn)卧勇菪?yīng)(

3、科氏力)和氣動(dòng)彈性效應(yīng)，采用大型特征值求解方法獲取VAWT的特征頻率和振型。對(duì)于拉索系統(tǒng)，其對(duì)于風(fēng)輪頂端的約束剛度和自身的振動(dòng)特性受拉索的截面積、質(zhì)量、垂度、預(yù)緊張力等因素的綜合影響，拉索截面尺寸和預(yù)緊張力的確定不能從其中的某個(gè)單一因素確定拉索參數(shù)，它是一個(gè)循環(huán)確定過(guò)程。本文初步確定出拉索的截面尺寸和預(yù)緊張力，然后對(duì)風(fēng)輪頂端的偏移量和拉索自身的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析，在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前對(duì)拉索的截面尺寸、預(yù)緊張力和垂度進(jìn)行不斷調(diào)整，使拉索滿足各

4、個(gè)影響因素綜合要求。本文將提出一種結(jié)合有限元分析方法來(lái)確定拉索截面積和預(yù)緊張力。 根據(jù)1MW VAWT。結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)，選取初步的幾何參數(shù)，考慮風(fēng)剪效應(yīng)，采用本文中的氣動(dòng)理論對(duì)1MWVAWT進(jìn)行了氣動(dòng)評(píng)價(jià)，確定1MW VAWT合適的密實(shí)度、尖速比，進(jìn)而選定合理的額定風(fēng)速和額定轉(zhuǎn)速，并確定風(fēng)輪外載隨旋轉(zhuǎn)方位角的變化規(guī)律。通過(guò)氣動(dòng)分析得到的氣動(dòng)載荷，結(jié)合拉索結(jié)構(gòu)分析方法確定1MWVAWT拉索的截面積和預(yù)緊張力，然后簡(jiǎn)化拉索對(duì)風(fēng)輪頂端的