發(fā)布時(shí)間：2020-12-06 03:46

　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的大型化使得葉片氣彈問題成為造成葉片疲勞破壞、使用周期縮短的主要原因,而近年來壓電材料在主動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用有效的解決了這一問題。為了研究壓電陶瓷對葉片動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的影響,本文在現(xiàn)有顫振控制研究的基礎(chǔ)上以8MW風(fēng)力機(jī)為研究對象,在鋪層中加入壓電陶瓷片,研究其鋪設(shè)位置對葉片顫振的抑制效果,并通過搭建懸臂梁動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺探討壓電材料對變厚度柔性結(jié)構(gòu)的適用性,具體內(nèi)容如下:1、基于BEM理論對8MW風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行了氣動(dòng)設(shè)計(jì),并利用數(shù)值模擬方法驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)葉片的正確性及額定工況下葉片的氣動(dòng)性能。結(jié)果表明:葉片軸向力從葉根至葉尖呈先增后減趨勢,至72m附近達(dá)到最大值,而切向力整體并無明顯變化;xz平面內(nèi)的速度擴(kuò)散隨至輪轂中心距離的增加而逐漸加深,2D時(shí)幾乎擴(kuò)散至整個(gè)靜止域;葉片上下表面壓差隨半徑的增大而增大。2、就壓電陶瓷片鋪設(shè)位置設(shè)計(jì)了五種方案下的風(fēng)力機(jī)葉片,對比研究了壓電材料對葉片結(jié)構(gòu)性能的影響。結(jié)果表明:鋪設(shè)壓電材料可增大葉片固有頻率;在靜載荷作用下,五種方案的葉片均能在不同程度上增大葉片剛度、減小葉尖最大位移,效果最佳的是沿葉片展向全部鋪設(shè)的方案;在瞬態(tài)載荷作用下,五種方案的葉片... 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

葉片坐標(biāo)系根據(jù)2.1.2小節(jié)葉素理論中的分析，將合力分解為弦線方向的Xq和垂直于弦

碩士學(xué)位論文253.3.1葉片氣動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)果基于BEM理論于Matlab軟件中編寫迭代程序，計(jì)算得到的葉片40個(gè)葉素截面處的弦長和安裝角，如圖3.4和圖3.5所示。圖中弦長和安裝角采用曲線變化，是為保證風(fēng)力機(jī)葉片的效率最大化。圖3.4弦長沿葉片展向的分布圖3.5扭角沿葉片展向的分布3.3.2葉片三維建模風(fēng)力機(jī)葉片的三維建模是后續(xù)數(shù)值模擬的基礎(chǔ)也是重要一步，而隨著機(jī)組的大型化葉片的形狀也因弦長和扭角的變化而復(fù)雜化。因此，合理且正確的三維模型是數(shù)值模擬結(jié)果準(zhǔn)確性的前提。本文中8MW風(fēng)力機(jī)葉片的具體建模過程如下：（1）利用Profili軟件輸出翼型DXF文件，默認(rèn)弦長為0L=1000mm，需根據(jù)氣動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)果所得各截面處弦長進(jìn)行相應(yīng)縮放。（2）利用坐標(biāo)變換理論將二維翼型坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為葉片的三維坐標(biāo)[53]。（3）于Solidworks軟件中生成的風(fēng)輪三維模型，如圖3.6所示。風(fēng)輪計(jì)算域包括旋轉(zhuǎn)域和靜止域，如圖3.7所示，內(nèi)部為旋轉(zhuǎn)域，外部為靜止域。取外部靜止域半徑為1.5D（D為風(fēng)輪直徑），入口距風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)中心2D，出口距離風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)中心4D，內(nèi)部旋轉(zhuǎn)域半徑為1.1D。圖3.6風(fēng)輪三維模型010203040506070802345678C/mr/m弦長01020304050607080-0.12-0.10-0.08-0.06-0.04-0.020.000.020.040.060.080.10β/°r/m扭角

大型風(fēng)力機(jī)葉片壓電陶瓷布置方案及抑顫研究26圖3.7計(jì)算域示意圖3.4葉片CFD模擬3.4.1網(wǎng)格劃分作為普遍使用的前處理軟件，ANSYSICEMCFD擁有靈活的拓?fù)錁?gòu)建方式、強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分能力以及多樣的求解器接口，能夠輸出網(wǎng)格至各類求解器，如：FLUENT、CFX、ANSYS、等。眾所周知，常規(guī)數(shù)值模擬軟件都會使用網(wǎng)格，作用在于將連續(xù)的計(jì)算域分解成可以利用流體控制方程進(jìn)行求解的有限小計(jì)算域，最終得到連續(xù)計(jì)算域的物理量分布。用于數(shù)值模擬的網(wǎng)格按其結(jié)構(gòu)分為結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格指區(qū)域內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)都具有相同的毗鄰單元，且節(jié)點(diǎn)間存在明確數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系。相反非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格沒有規(guī)則拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)間也不存在明確邏輯關(guān)系，相對于結(jié)構(gòu)網(wǎng)格具有更高的靈活性，也更適合于復(fù)雜模型的網(wǎng)格劃分。因此，本文選擇使用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對風(fēng)輪、旋轉(zhuǎn)域、靜止域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，結(jié)果如圖3.8所示。圖3.8計(jì)算域網(wǎng)格圖3.4.2計(jì)算邊界設(shè)置作為目前國內(nèi)外使用最多的CFD模擬軟件之一，F(xiàn)luent軟件提供了完全的網(wǎng)格靈活性，物理模型的多樣化、計(jì)算方法的精準(zhǔn)化和處理功能優(yōu)越化使得Fluent軟件可以模擬復(fù)雜模型的流體流動(dòng)，且能針對不同問題的特點(diǎn)選用適合的模型及


本文編號：2900662