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风力机叶片流固耦合机理研究

梁明轩

  随着社会的发展,人类面临着能源枯竭和环境污染等多方面的挑战。风能作为一种取之不尽的清洁能源,必将得到大力开发和利用。目前,风能利用的主要形式是风力发电。提高风力机叶片气动性能是发展大型风力发电设备的重要需求。 叶片是风力机的关键部件,开展叶片与风力的耦合特性的研究,对于提高叶片的气动性能,提高风机效率,减少叶片故障有重要的作用。风力机在运行过程中,受到气动力、弹性力和惯性力的耦合作用,又由于叶片具有的刚度小、弦向短,展向长的特点,叶片就很容易发生气弹颤振问题,导致叶片破坏。本文对于风力机叶片流固耦合问题,进行深入研究,主要研究内容如下:根据叶片翼型数据,采用曲线拟合的方法建立了叶片的三维模型;建立叶片空气动力学方程,选择κ-ε湍流模型,用有限元软件ANSYS模拟风流场;通过对叶片模态分析,得到叶片各阶模态,发现叶片振动主要有扭转、挥舞、摆振,以及三者之间的耦合;对于叶片气动弹性问题进行研究,建立叶片颤振方程,确定叶片颤振发散条件。 目前,国内外有学者从数据交换的角度研究流固耦合问题,这方面的研究理论还不成熟,以上研究可以提高风力机叶片气动性能和叶片的强度,这些研究内容对于风力机叶片的前期设计具有一定参考意义。……   
[关键词]:叶片;流场模拟;模态;气动弹性力;颤振
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:沈阳工业大学2011年