基于流固耦合的大型水平軸風力機葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計.pdf

1、隨著風電技術(shù)的進步，風力發(fā)電機組大型化發(fā)展，單機容量增大，葉片外形尺寸越來越大，其結(jié)構(gòu)也表現(xiàn)的越柔，葉片氣動與結(jié)構(gòu)的耦合效應對葉片載荷和性能的影響也越明顯，機組風輪半徑越大，耦合效應的影響就越明顯；發(fā)生耦合時，葉片截面的攻角發(fā)生變化，使得截面翼型的升阻力發(fā)生變化，風輪實際出力達不到設(shè)計功率，同時耦合效應導致葉片載荷變化，使葉片振動加劇，對葉片造成疲勞破壞，甚至對整機造成不可修復性的損壞，不利于機組安全運行。因此，大型風力機葉片設(shè)計時葉片

2、氣動與結(jié)構(gòu)的耦合作用不容忽視。葉片設(shè)計前期，可采用數(shù)值分析的方法對葉片流固耦合特性進行模擬。針對葉片流固耦合特性進行截面形式設(shè)計和鋪層設(shè)計，使葉片在滿足運行時的剛度和強度要求的同時，減小截面耦合變形，以減小葉片振動，提高使用壽命，并使葉片運行達到設(shè)計功率，同時盡可能減小葉片質(zhì)量，降低葉片成本，提高市場競爭力。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對大型風力機葉片設(shè)計理論選擇合理的設(shè)計方法，掌握設(shè)計流程，采用C語言編程實現(xiàn)8MW水平風力機葉

3、片氣動設(shè)計，并對不同工況時的載荷進行分析。沿著葉片展向氣動力先增大后減小，葉片最大出力位置為距離葉根72%處。葉根處的氣動剪力和彎矩最大，沿著葉片展向，葉片氣動剪力和彎矩逐漸減小，葉尖處最小。⑵根據(jù)流固耦合原理以及控制方程，基于workbench平臺，對8MW水平軸風力機葉片在不同工況時的流固耦合特性進行數(shù)值分析。結(jié)果表明：隨著風速的增大，風輪表面的壓力增大，極限風速時風輪表面壓力達到最大；同時，葉片應力集中點越靠近葉根。葉片應力主要集

4、中在葉根和距葉根60%至葉尖處。⑶依據(jù)葉片流固耦合特性，設(shè)計合理的葉片截面形式，包括腹板位置和腹板形式的設(shè)計，結(jié)果表明:大型風力機葉片采用單腹板時，腹板位置為35%時較適宜；雙腹板時，兩個腹板位置分別為20%和50%時較適宜，為減小耦合效應引起的葉片截面變形，大型風力機葉片宜采用雙腹板形式。⑷比較大型風力機葉片常用材料的優(yōu)缺點，選擇合理的材料，針對葉片流固耦合特性進行鋪層設(shè)計，確定合理的鋪層角度、鋪層順序以及各角度鋪層占總鋪層的比例。為