大型水平轴风力机叶片设计与气动特性研究-机械制造及其自动化专业论文.docx

A Thesis Submitted in Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering Design and Aerodynamic Characteristics Study of Large Horizontal Axis Wind Turbine Blades Submitted by Name Cheng Cheng Supervised by Professor Name Pan Baojun Jiangsu University of Science and Technology June, 2012 江苏科技大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日 江苏科技大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于： (1)必威体育官网网址□，在 年解密后适用本授权书。 (2)不必威体育官网网址□。 学位论文作者签名： 指导教师签名： 年 月 日 年 月 日 摘要 摘要 - - I - 摘 要 大型水平轴风力机因其技术特点突出，特别是具有风能利用率高、机构紧凑等方 面的优势，已经成为当前风力机发展的主要方向。叶片是风力机最重要的部件之一， 而进一步优化其气动特性，使其捕获更多的风能，是新型高效叶片的主要研究方向。 本文以 1.5MW 水平轴风力机叶片为研究对象。本课题主要研究内容是： (1) 研究与叶片设计相关的基本理论，主要包括贝茨理论、涡流理论、动量理论 和叶素理论。 (2) 研究叶片的三维模型建立方法。以 Wilson 方法为基础，建立叶片的数学模型， 计算得到关键参数，选择合适的翼型，利用 Profili、AutoCAD 和 Pro/E 建立叶片三维 实体模型。各软件之间通过接口传输模型数据。 (3) 建立叶片所在流场的模型并进行分析。利用多重参考系模型，将流场分为内 部旋转流场和外部固定流场。两种流场的建立既能真实模拟叶片运行时的状况，又能 节省计算时间，提高效率。最后可得到叶片表面的受力和叶片周围流场的变化。 (4) 利用软件之间的接口技术，可以完成叶片的静力分析和在预应力下的模态分 析，更真实的反映叶片的结构设计情况。根据流场计算结果，改进叶片结构。经过载 荷映射，在有限元模型表面布置叶片受力，进行气动弹性静态稳定性和动态稳定性分 析，更符合实际情况。 关键词 风力机叶片；三维建模；流场分析；载荷映射 - - II - Abstract Abstract Because of their prominent technical features, especially with high wind energy efficiency, compact bodies, and other aspects of the advantages, large horizontal axis wind turbines have become the main development direction of wind turbines. The blades are one of the most important elements of a wind turbine, and optimizing their aerodynamic characteristics is the main direction of researching the new efficient blade, then they will capture more wind power. This paper researches the blades of 1.5 MW horizontal axis wind turbines, and the main contents of which are as follows. The basic theories related with the design of the blade had been researched. The theori