10kWh飛輪儲能系統(tǒng)的復合材料飛輪轉(zhuǎn)子優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、隨著能源問題日益嚴重，人們對提高能源利用率、減少能源浪費更加關(guān)注，飛輪儲能技術(shù)作為一種比較新型的清潔儲能方式，越來越受到能源界研究人員的重視。而如何通過對飛輪的優(yōu)化設(shè)計，提高飛輪儲能系統(tǒng)的儲能密度成為飛輪儲能研究的主要問題，所以本文以10kWh飛輪儲能系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計為背景，基于提高系統(tǒng)儲能密度對飛輪材料、結(jié)構(gòu)、尺寸進行優(yōu)化設(shè)計，并通過仿真分析驗證優(yōu)化設(shè)計的正確性。
　　本文根據(jù)10kWh飛輪儲能系統(tǒng)的設(shè)計要求，為提高系統(tǒng)儲能密度對

2、飛輪進行初步設(shè)計。首先根據(jù)儲能指標的需求，對飛輪的材料進行選擇，確定以金屬輪轂和復合材料輪緣來制備復合材料飛輪。其次根據(jù)10kWh額定轉(zhuǎn)速要求，發(fā)現(xiàn)單層復合材料輪緣無法滿足其強度要求。最后為提高復合材料飛輪徑向強度，選擇三層復合材料圓環(huán)過盈連接的方式制備復合材料飛輪。
　　按照初步設(shè)計時選擇的材料性能和結(jié)構(gòu)形式，對復合材料輪緣進行應(yīng)力分析，以提高復合材料飛輪儲能密度為目標，采用最優(yōu)化算法中的二次序列規(guī)劃法對復合材料輪緣結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化

3、分析。首先因為過盈配合影響復合材料輪緣中產(chǎn)生初始壓應(yīng)力，需要對復合材料輪緣的初應(yīng)力進行分析。其次，基于平面應(yīng)變理論，對復合材料輪緣的動態(tài)應(yīng)力進行分析。對二次序列規(guī)劃法中的設(shè)計變量、目標函數(shù)和約束條件進行分析，建立系統(tǒng)最優(yōu)化問題的數(shù)學模型，對復合材料輪緣各層厚度和過盈量進行優(yōu)化計算。最后根據(jù)優(yōu)化計算結(jié)果，建立復合材料輪緣模型，利用ANSYS軟件對其進行應(yīng)力應(yīng)變分析。
　　以提高復合材料飛輪儲能密度為目標，在確定復合材料輪緣結(jié)構(gòu)尺寸后

4、，對鋁合金輪轂進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，首先對10kWh飛輪儲能系統(tǒng)的儲能指標進行分析，得到輪轂設(shè)計高度和半徑的關(guān)系式，以及輪轂的應(yīng)力分布表達式。其次，采用最優(yōu)控制理論進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，建立飛輪優(yōu)化問題的數(shù)學模型，得到飛輪形狀的數(shù)學解析式，經(jīng)過計算分析得到優(yōu)化后的鋁合金輪轂的結(jié)構(gòu)參數(shù)以確定復合材料飛輪結(jié)構(gòu)。最后并采用ANSYS對其進行強度分析，確保復合材料飛輪的強度符合要求。
　　本文根據(jù)10kWh飛輪儲能系統(tǒng)的電磁軸承設(shè)計的結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制參數(shù)，