偏航下流场变化对风轮动频及应力特征的影响

发布时间：2023-12-20 08:09

　　风能是因空气流动做功而提供给人类的一种可利用的能量,属于可再生能源,具有广阔的发展前景。不同风速、不同转速、不同偏航角度对风力机流场和应变特征以及振动频率特征都会产生影响,但其中之间的关系,目前系统完整的研究较少。本文通过实验和数值模拟相结合的方法对某新翼型直径1.4m木质小型水平轴风力机进行研究。利用高频PIV装置获得风力机近尾迹速度分布、叶尖涡的发展、湍动能分布等流场参数,通过数值模拟得到风力机后方速度场和涡量场的分布,并且求得叶片表面压力。通过TST5925C旋转应力应变装置和BK振动噪声测试系统获取叶片上的应变和机头塔架上的振动频率,获取其随不同工况的变化规律,利用尾迹流场为中间变量,探索风力机后方流场与动频特征和应力特征的内在联系。首先对风力机近尾迹进行分析,提取叶片后方轴向速度和径向速度,随着偏航角度的增加近尾迹轴向速度逐渐减小,径向速度逐渐增加。并进一步提取风轮后30mm处的脉动速度均方根,得到其在不同风速、不同转速、不同偏航角度下的变化规律。为了更详细的了解拍摄区域流场变化,对不同工况下拍摄区域的湍动能进行分析。在远尾迹分析中得到不同偏航角度下速度场和涡量场的分布,并对...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 主要研究内容
第二章 基础理论
    2.1 风力机基本理论
    2.2 叶素理论
    2.3 涡流理论
    2.4 风力机载荷
        2.4.1 重力载荷
        2.4.2 离心力载荷
        2.4.3 气动载荷
    2.5 风力机振动理论理论
        2.5.1 单自由度振动系统
        2.5.2 多自由度振动系统
第三章 试验方案和模拟思路
    3.1 试验方案
        3.1.1 风洞试验
        3.1.2 风力机
        3.1.3 工况调节系统
        3.1.4 应变测试系统
        3.1.5 振动测试系统
        3.1.6 流场测试系统
    3.2 模拟思路
        3.2.1 风力机建模
        3.2.2 计算域建模
        3.2.3 网格划分
        3.2.4 边界条件设定
        3.2.5 湍流模型选择
第四章 偏航对流场的影响
    4.1 近尾迹特征分析
        4.1.1 不同偏航角下叶尖附近轴向速度和径向速度的分布
        4.1.2 不同工况下脉动速度对比
        4.1.3 不同工况下湍动能对比
    4.2 远尾迹特征分析
第五章 应力特征和振动特征分析
    5.1 应力特征分析
        5.1.1 转速和负载对应变值的影响
        5.1.2 风速对应变的影响
        5.1.3 偏航角度对应变的影响
        5.1.4 关联性分析
        5.1.5 叶片翼型表面压力分析
    5.2 振动特征分析
        5.2.1 偏航角度对振动频率的影响
        5.2.2 来流风速对振动频率的影响
        5.2.3 转速对振动频率的影响
        5.2.4 振动频率与流场能量谱关联性分析
结论
    1 本文主要工作和结论
        1、近尾迹流场分析
        2、远尾迹流场分析
        3、应力特征分析
        4、振动频率特征分析
    2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果



本文编号：3873987