大型风力发电机叶片的设计研究

论文摘要

能源是现代社会和经济发展的基础。随着工业的飞速发展,能源工业面临全球环境污染的压力,改善能源结构,利用可再生能源,减轻环境污染,提高人民生活质量,已成了全球能源工业关注的一个热点,而风能是目前最有开发利用前景的一种可再生能源。在风能发展中叶片是整个风力机的关键部件。在国内风力机叶片设计还处于起步阶段,而且企业间的技术保护壁垒都大大阻碍着风能事业的发展。本文利用经典葛劳渥涡流设计方法在Pro/E中完成叶片的造型,然后利用流体软件Fluent进行分析,进一步优化设计。在运用葛劳渥涡流理论进行叶片设计时,最初的设计参数是根据实际产品数据以及经过相应的计算后暂时设定的。将设计完成的叶片模型导入Fluent进行网格划分和气动、受力分析,然后将得到的结果经过分析后反馈到设计,修正最初的设计参数,从而能造型出性能更加优良的叶片模型,实现一定的实用价值。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 发展和研究概况
• 1.2.1 发展概况
• 1.2.1.1 国外发展概况
• 1.2.1.2 国内发展概况
• 1.2.2 研究状况
• 第二章 风力机的基础理论
• 2.1 风力机的基本原理
• 2.1.1 风能的计算
• 2.1.2 贝茨理论
• 2.2 风力机叶片的相关概念和术语
• 2.3 风能特性系数
• p'>2.3.1 风能利用系数C_p
• 2.3.2 叶尖速比λ
• M和推力系数C_T'>2.3.3 扭矩系数C_M和推力系数C_T
• 2.4 风力机叶片的动力学分析
• 2.4.1 风力机叶片所受的力
• 2.4.2 叶片的速度
• 2.4.3 叶片的受力及风轮的功率
• 第三章 简化风车理论和 Glauert 设计方法
• 3.1 简化风车理论确定计算翼弦的基本关系
• 3.1.1 风车理论的第一种估算法
• 3.1.2 简化风车理论的第二种估算法
• 3.1.3 叶素的理论空气动力效率和最佳攻角
• 3.2 Glauert 涡流理论
• 3.2.1 风轮的涡流系统
• 3.2.2 诱导速度的确定
• 3.2.3 轴向推力和转矩计算
• 第四章 风力机叶片模型设计
• 4.1 Pro/E 简介
• 4.2 NACA 翼型截面简介
• 4.2.1 NACA 四位数字翼型族
• 4.2.2 NACA 五位数字翼型族
• 4.2.3 层流翼型
• 4.3 叶片几何计算
• 4.3.1 翼型数据获取
• 4.3.2 弦长和安装角计算
• 4.4 Pro/E 造型
• 4.4.1 基本原理
• 4.4.2 叶片产品参数
• 4.4.3 造型
• 第五章 风力机气动特性分析
• 5.1 Fluent 软件介绍
• 5.1.1 Gambit 介绍
• 5.1.1.1 Gambit 特点
• 5.1.1.2 GAMBIT 的操作步骤
• 5.1.2 FLUENT 程序求解问题的步骤
• 5.2 翼型的2D 分析
• 5.2.1 2D 网格划分
• 5.2.2 计算步骤
• 5.2.3 结果分析
• 5.3 叶片的3D 分析
• 5.3.1 网格划分
• 5.3.2 计算步骤
• 5.3.3 结果分析
• 第六章 结束语及展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录1
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况