立軸風力機空氣動力學與結(jié)構(gòu)分析.pdf

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

2、nd Turbine簡稱為VAWT)兩大類，今天的VAWTs以Darrieus形式得到聞名。 考慮VAWT旋轉(zhuǎn)對雷諾數(shù)的影響，局部紊流情況下葉片的動態(tài)失速效應，引入風剪效應對氣動效率的影響，結(jié)合基于動量原理的雙多流管氣動模型，建立起獲取VAWT風輪的風能利用系數(shù)、功率和氣動載荷的理論方法。 對于VAWTs，獲取準確的Campbell圖對于結(jié)構(gòu)設(shè)計起主導作用。結(jié)合有限元程序ABAQUS 6．5．1，考慮葉片梁單元陀螺效應(

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

4、個影響因素綜合要求。本文將提出一種結(jié)合有限元分析方法來確定拉索截面積和預緊張力。 根據(jù)1MW VAWT。結(jié)構(gòu)初步設(shè)計，選取初步的幾何參數(shù)，考慮風剪效應，采用本文中的氣動理論對1MWVAWT進行了氣動評價，確定1MW VAWT合適的密實度、尖速比，進而選定合理的額定風速和額定轉(zhuǎn)速，并確定風輪外載隨旋轉(zhuǎn)方位角的變化規(guī)律。通過氣動分析得到的氣動載荷，結(jié)合拉索結(jié)構(gòu)分析方法確定1MWVAWT拉索的截面積和預緊張力，然后簡化拉索對風輪頂端的