论文题目: 风力机叶片设计和颤振分析
论文类型: 硕士论文
论文专业: 航空宇航推进理论与工程
作者: 刘虎平
导师: 廖明夫
关键词: 风力机,叶片,性能,稳定性,气动刚度,气动阻尼,气动扭矩
文献来源: 西北工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 叶片是风力机最重要的部件之一,设计良好的叶片是风力机获得较高风能利用系数和较大经济效益的基础。本文应用Schmitz理论设计了600KW水平轴风力机叶片,分析了该风力机叶片在非设计点的气动性能。在此基础上,建立了失速型和变距型风力机模型和相应的控制策略,分析和对比了在相同的工作条件下其各自的性能特征。结果表明,变距型风力机不仅在低风速时有较高的风能利用系数,而且在高风速时功率输出稳定,并显著的改善了风力机叶片和传动链的受力状况。 叶片也是风力机受力最为复杂的部件。风力机运行中,叶片受气动力、弹性力和惯性力的耦合作用,以及其展向长、弦向短、刚度小等结构特点,使得叶片易发生颤振,从而导致风力机叶片毁坏。因此,叶片的气动弹性稳定性问题也是风力机设计的主要内容之一。本文把风力机叶片简化为悬臂梁,导出了叶片的运动微分方程和流/构耦合条件下弯扭振动时系统气动刚度和气动阻尼的表达式,建立了叶片气动弹性稳定性的分析方法。用该方法分析了本文设计的600KW水平轴风力机叶片气动弹性稳定性,讨论了气动扭矩对叶片稳定性的影响;并通过龙格—库塔方法求解叶片的运动规律,对上述分析方法进行验证。结果表明:(1)叶片气动弹性稳定性的分析方法可以正确和有效的分析叶片的气动弹性稳定性;(2)气动扭矩对叶片的气动弹性稳定性有较大的影响。在稳定性分析过程中,不能予以忽略。
论文目录:
摘要
Abstract
目录
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 世界风力发电的发展概况
1.2.1 世界风力发电的历史
1.2.2 世界风力发电的现状和趋势
1.2.3 我国风力发电的现状和趋势
1.3 本文研究目的和意义
1.4 叶片气动弹性稳定性的研究现状
1.5 本文主要内容
第二章 风力机的理论基础及叶片设计
2.1 风力机理论基础
2.1.1 风力机从风中获取的能量
2.1.2 旋转叶片上的气动力
2.1.3 Schmitz理论
2.2 叶轮设计的总体参数
2.2.1 叶片数
2.2.2 叶轮直径
2.2.3 叶轮设计风速
2.2.4 叶尖速比
2.2.5 翼型及其升阻比
2.3 风力机设计实例
2.3.1 确定总体参数
2.3.2 叶片设计
2.4 小结
第三章 非设计点叶轮的气动性能
3.1 叶素理论
3.2 扩展算法
3.3 无量纲特性参数
3.4 非设计点气动性能实例计算
3.5 节距角对气动性能的影响
3.6 小结
第四章 不同控制策略的风力机性能比较
4.1 风力机类型
4.2 风力机的控制策略
4.2.1 失速型风力机的控制策略
4.2.2 变距型风力机的控制策略
4.3 失速型和变距型风力机的性能比较
4.3.1 转速和节距角控制曲线
4.3.2 气动性能比较
4.4 小结
第五章 叶片气动弹性稳定性
5.1 叶型颤振模型及其运动微分方程
5.2 叶片颤振的稳定性判据
5.3 气动阻尼和气动刚度的计算
5.4 典型截面参数的计算方法
5.5 风力机叶片颤振实例分析
5.5.1 实例一：工作风速范围
5.5.2 实例二：高风速范围
5.6 小结
第六章 叶片气动弹性的动态响应
6.1 叶片运动的数学描述
6.2 叶片运动微分方程的数值解
6.3 确定迭代步长的方法
6.4 实例计算与分析
6.4.1 实例一：V_1=8m/s
6.4.2 实例二：V_1=16m/s
6.4.3 实例三：V_1=19m/s
6.4.4 实例四：V_1=42m/s
6.4.5 实例五：V_1=50m/s
6.5 小结
第七章 结论和展望
7.1 结论
7.2 建议和展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文
致谢
发布时间: 2005-06-27
参考文献
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- [4].兆瓦级风力机叶片挥舞摆振特性研究[D]. 任延中.华北电力大学2012
- [5].一种新型高效的风力机叶片的设计研究[D]. 张春开.西华大学2012
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