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

1、隨著風(fēng)電技術(shù)的進(jìn)步，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大型化發(fā)展，單機(jī)容量增大，葉片外形尺寸越來(lái)越大，其結(jié)構(gòu)也表現(xiàn)的越柔，葉片氣動(dòng)與結(jié)構(gòu)的耦合效應(yīng)對(duì)葉片載荷和性能的影響也越明顯，機(jī)組風(fēng)輪半徑越大，耦合效應(yīng)的影響就越明顯；發(fā)生耦合時(shí)，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(fēng)輪實(shí)際出力達(dá)不到設(shè)計(jì)功率，同時(shí)耦合效應(yīng)導(dǎo)致葉片載荷變化，使葉片振動(dòng)加劇，對(duì)葉片造成疲勞破壞，甚至對(duì)整機(jī)造成不可修復(fù)性的損壞，不利于機(jī)組安全運(yùn)行。因此，大型風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)時(shí)葉片

2、氣動(dòng)與結(jié)構(gòu)的耦合作用不容忽視。葉片設(shè)計(jì)前期，可采用數(shù)值分析的方法對(duì)葉片流固耦合特性進(jìn)行模擬。針對(duì)葉片流固耦合特性進(jìn)行截面形式設(shè)計(jì)和鋪層設(shè)計(jì)，使葉片在滿足運(yùn)行時(shí)的剛度和強(qiáng)度要求的同時(shí)，減小截面耦合變形，以減小葉片振動(dòng)，提高使用壽命，并使葉片運(yùn)行達(dá)到設(shè)計(jì)功率，同時(shí)盡可能減小葉片質(zhì)量，降低葉片成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對(duì)大型風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)理論選擇合理的設(shè)計(jì)方法，掌握設(shè)計(jì)流程，采用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)8MW水平風(fēng)力機(jī)葉

3、片氣動(dòng)設(shè)計(jì)，并對(duì)不同工況時(shí)的載荷進(jìn)行分析。沿著葉片展向氣動(dòng)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(dòng)剪力和彎矩最大，沿著葉片展向，葉片氣動(dòng)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(tái)，對(duì)8MW水平軸風(fēng)力機(jī)葉片在不同工況時(shí)的流固耦合特性進(jìn)行數(shù)值分析。結(jié)果表明：隨著風(fēng)速的增大，風(fēng)輪表面的壓力增大，極限風(fēng)速時(shí)風(fēng)輪表面壓力達(dá)到最大；同時(shí)，葉片應(yīng)力集中點(diǎn)越靠近葉根。葉片應(yīng)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(jì)合理的葉片截面形式，包括腹板位置和腹板形式的設(shè)計(jì)，結(jié)果表明:大型風(fēng)力機(jī)葉片采用單腹板時(shí)，腹板位置為35%時(shí)較適宜；雙腹板時(shí)，兩個(gè)腹板位置分別為20%和50%時(shí)較適宜，為減小耦合效應(yīng)引起的葉片截面變形，大型風(fēng)力機(jī)葉片宜采用雙腹板形式。⑷比較大型風(fēng)力機(jī)葉片常用材料的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合理的材料，針對(duì)葉片流固耦合特性進(jìn)行鋪層設(shè)計(jì)，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