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海上风机流固耦合的计算分析

关洋  
【摘要】:随着社会的进步和人们物质水平的提高,能源消耗问题日益突出,因此风力发电等清洁发电方式变成了世界各国争相发展的重点领域。风电机的关键构件有叶片、塔架及基础等,他们的性能优劣直接影响到其整体效率及安全,但是目前仅仅只是对于其局部的研究,例如叶片、塔架等。本文就风机整体在工况和极端条件等情况下的耦合作用进行了以下方面探讨及研究。深入了解了海上风电机的基本构造,熟悉叶片气动性能优化及计算的各种方法的学习。在已知风机叶片设计参数的条件下,对其气动性能采用Glauert方法和Wilson方法进行优化设计。根据叶素动量理论对叶片的气动性能进行计算,进而得出风能利用系数和尖速比关系曲线,得出Wilson方法的优势之处。然后利用Profili翼型数据库获取适宜于该海况及良好气动性能的二维翼型数据,通过数据处理软件EXCEL获得风机叶片的空间坐标,将空间坐标导入到软件CATIA进行实体建模,从而得到了叶片的空间实际模型图,同时完成塔架及基础的空间建模。对风机整体进行流固耦合模拟分析。本文采用流固耦合方法,分别通过软件AQWA对风机整体进行水动力加载和软件CFX利用单向流固耦合来实现对海上风电机整体进行风载荷加载,并结合Mindlin方程、半空间理论等完成桩-土模拟,完成对整个海上风机系统的流固耦合模拟。将风电机各部分受到的外部载荷加载到风电机整体上来,计算得出风力机的等效应力及总变形等情况,对比该风电机所使用材料极限受力及变形等情况对结果进行分析,得出的结果都能满足实际工程,为中国的海上风力发电场的建设提供一个较为全面的建议及分析方法。


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