惡劣環(huán)境下大型風(fēng)力機葉片穩(wěn)定性問題研究.pdf

1、風(fēng)力機葉片是風(fēng)力發(fā)電機的重要組成部分之一。隨著風(fēng)力機的大型化,葉片尺度不斷增大,大型風(fēng)力機在陣風(fēng)和暴風(fēng)環(huán)境下運行時,會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)振動、變形等不穩(wěn)定現(xiàn)象,影響正常工作。本文以某型1.65MW水平軸風(fēng)力機葉片為研究對象,采用ANSYS和CFX弱耦合的方式對不同環(huán)境下的葉片進行流固耦合數(shù)值模擬,旨在研究葉片在氣動載荷和結(jié)構(gòu)體相互作用下的受力和穩(wěn)定特性。論文的主要工作如下:
　　(1)建立了風(fēng)力機葉片的幾何外形和有限元模型。在此模型基礎(chǔ)上,

2、模擬靜力測試試驗,進行模態(tài)分析,通過與實驗數(shù)據(jù)對比,證明了模型的有效性,較好的模擬了葉片的真實結(jié)構(gòu)。
　　(2)提出用CFX和ANSYS求解的流固耦合方案,通過方柱薄板繞流振動算例計算與實驗結(jié)果相比較,驗證該耦合方法的可靠性。采用此耦合方法研究了風(fēng)力機葉片在恒定風(fēng)速工況下的受力和穩(wěn)定性特性,并與未耦合條件下的計算結(jié)果進行了對比。結(jié)果表明,葉片在耦合作用下表面壓力差沿展向逐漸增大,在與結(jié)構(gòu)體的耦合作用下導(dǎo)致葉片振動、變形,振動形式符

3、合模態(tài)分析結(jié)果。
　　(3)對陣風(fēng)和暴風(fēng)復(fù)雜環(huán)境下的葉片進行了穩(wěn)定性分析。建立了周期性極端陣風(fēng)和隨機陣風(fēng)的數(shù)學(xué)模型。采用ANSYS/CFX流固耦合方法數(shù)值研究了三種復(fù)雜風(fēng)速環(huán)境(即周期性極端陣風(fēng)、隨機陣風(fēng)和暴風(fēng))下的風(fēng)力機葉片受力和穩(wěn)定性,分析了葉片的振動過程。通過這三種工況的對比研究,發(fā)現(xiàn)葉片的振動形式以一階揮舞形式為主,葉片的位移沿展向逐漸增大且葉尖附近變化最為顯著。葉片表面的應(yīng)力主要集中在葉展中部位置,為葉片的安全性考慮,此