兆瓦级风电机组风力桨叶动力学仿真与优化研究

【摘要】：近年来，兆瓦级风电机组已发展成为风能利用的主流风电设备。而作为兆瓦级风电机组重要的组成部分，桨叶是受力最为复杂，最难以设计的风力机构件。如何有效研究处在气动力、惯性力和弹性力耦合作用之中的桨叶气动性能，将有望成为从技术上解决兆瓦级风电机组安全性和可靠性等问题的一种有效措施，目前已成为兆瓦级风电机组研发领域的研究热点。 为此，本文以可再生能源电力技术湖南省重点实验室开放基金项目[2011KFJJ001]“兆瓦级风电机组风力桨叶多学科设计优化理论方法”为依托，采用数值仿真与实验验证相结合的方法，研究分析风轮和桨叶的动力学性能，并提出兆瓦级风电机组风力桨叶的多学科优化设计理论方法，论文的主要工作和创新点如下： （1）基于动量-叶素理论的兆瓦级风电机组风力桨叶气动载荷模型，采用Bladed forWindows软件对1.65MW变速变桨距风电机组桨叶气动特性进行了计算，结果表明，1.65MW变速变桨距风电机组桨叶与1.80MW风电机组匹配时，桨叶气动性能较好和风速适应范围较宽，叶根等效疲劳载荷和叶根极限载荷均小于该桨叶载荷的原设计值。 （2）基于模态分析理论建立了变速变桨距风电机组桨叶有限元模型，并对桨叶进行了模态分析，得到桨叶前10阶固有频率和振型。结果表明：作用在变速变桨距风电机组桨叶的动态激励频率明显偏离变速变桨距风电机组桨叶的固有频率，故正常运转的变速变桨距风电机组桨叶不会产生共振现象。 （3）以兆瓦级风电机组风力桨叶气动性能、质量、桨片根部的极限推力和噪声水平为目标函数建立多学科设计优化模型，并充分考虑各学科之间的耦合效应，采用自适应混沌优化算法对多学科设计优化模型进行求解，结果表明，多学科设计优化后的兆瓦级风电机组风力桨叶性能得到较大改善。 【关键词】：风电机组 风力桨叶 气动性能 模态分析 多学科设计优化
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景与研究意义10-11
• 1.2 兆瓦级风电机组风力桨叶理论与技术概述11-14
• 1.2.1 兆瓦级风电机组风力桨叶设计理论研究现状11-12
• 1.2.2 兆瓦级风电机组风力桨叶动力学研究现状12-13
• 1.2.3 多学科设计优化技术概述13-14
• 1.3 主要内容和框架14-16
• 第2章 兆瓦级风电机组风力桨叶气动特性模拟16-27
• 2.1 基于动量-叶素理论的兆瓦级风电机组风力桨叶气动载荷模型16-22
• 2.1.1 基于动量理论的兆瓦级风电机组风力桨叶气动载荷模型16-19
• 2.1.2 基于叶素理论的兆瓦级风电机组风力桨叶气动载荷模型19
• 2.1.3 基于动量-叶素理论的兆瓦级风电机组风力桨叶气动载荷模型19-22
• 2.2 兆瓦级风电机组风力桨叶气动特性分析22-26
• 2.2.1 变速变桨距兆瓦级风电机组 Bladed 桨叶模型22-23
• 2.2.2 变速变桨距兆瓦级风电机组 Bladed 风轮模型23-24
• 2.2.3 兆瓦级风电机组风力桨叶气动性能计算结果与分析24-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 兆瓦级风电机组风力桨叶模态分析27-33
• 3.1 兆瓦级风电机组风力桨叶动力特性模型27-30
• 3.1.1 兆瓦级风电机组风力桨叶模态分析理论27-29
• 3.1.2 兆瓦级风电机组风力桨叶有限元动力模型29-30
• 3.2 兆瓦级风电机组风力桨叶模态分析30-32
• 3.3 本章小结32-33
• 第4章 兆瓦级风电机组风力桨叶多学科设计优化33-44
• 4.1 兆瓦级风电机组风力桨叶的翼型和结构33-34
• 4.2 兆瓦级风电机组风力桨叶多学科设计优化34-37
• 4.2.1 兆瓦级风电机组风力桨叶多学科设计优化思路34
• 4.2.2 兆瓦级风电机组风力桨叶多学科设计优化模型34-36
• 4.2.3 自适应混沌优化算法36-37
• 4.3 兆瓦级风电机组风力桨叶多目标函数的建立与求解37-43
• 4.3.1 兆瓦级风电机组风力桨叶多目标函数设计38-42
• 4.3.2 兆瓦级风电机组风力桨叶设计优化仿真流程42
• 4.3.3 兆瓦级风电机组风力桨叶多学科设计优化结果42-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第5章 结论与展望44-46
• 5.1 结论44-45
• 5.2 展望45-46
• 参考文献46-50
• 附录 攻读学位期间所发表论文和参与课题50-51
• 致谢51

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

风力机叶片的红外热成像无损检测的数值研究    肖劲松;严天鹏;

协作优化算法在飞行器设计中的应用    谷良贤;宋寒冰;龚春林;

BLISS方法的基本理论及应用    陈伟;杨树兴;赵良玉;

导弹总体参数优化设计的合作协同进化MDO算法    陈琪锋,李晓斌,戴金海

风力发电机整机气动性能数值模拟计算与仿真研究    张果宇;蒋劲;刘长陆;

关于多学科设计优化计算框架的探讨    余雄庆,姚卫星,薛飞,穆雪峰,刘克龙,黄爱凤

风力机叶片设计的新方法    包耳,邵晓荣,刘德庸

风力机翼型气动噪声优化设计研究    刘雄;罗文博;陈严;叶枝全;周鹏展;

摆振引起叶片损坏的故障分析    唐新安;吴金强;袁杰;

风力发电机叶轮技术的发展现状    赵慧欣,田德,王海宽,韩巧丽,孔令军

高压共轨喷油系统多学科设计优化及智能控制研究    袁文华

多学科设计优化技术研究    郭健

多学科设计优化代理模型技术的研究和应用    穆雪峰

多学科设计优化技术研究    龚春林

风力机叶片设计和稳定性分析    刘晓燕

鱼雷总体多学科设计优化理论与应用研究    王鹏

基于iSIGHT的电子汽车衡的多学科设计优化    马静敏

飞机多学科设计协同优化及近似技术研究    白小涛

基于BLH框架的大深度载人潜水器总体性能的多学科设计优化    刘蔚;操安喜;苟鹏;崔维成;

多学科优化设计及其在汽车设计中的应用    屈翔;游四海;贾秋红;

基于有限元法的立轴风机风轮振动特性分析    张华;白小芳;苟怀勇;

风力发电复合材料叶片的研究进展    周红丽;王红;罗振;刘进荣;汤扬阁;

某型飞机风挡及舱盖系统减重多学科设计优化方法研究    毛坤;朱西平;李磊;胡伟鹏;岳珠峰;

一种基于模拟退火的协同优化可靠性分析方法    续斌;张恒喜;解江;马利;

飞行器多学科集成设计环境及其关键技术    赵勇;吴先宇;陈小前;王振国;

气动和结构多学科设计优化的需求和流程研究    郦仕云;宁汝新;徐劲祥;姜晓春;

基于子空间近似算法的鱼雷总体多学科设计优化    王鹏;宋保维;胡海豹;姜军;

飞航导弹总体设计MDO问题表述研究    许林;陈小前;王振国;

基于ISIGHT的柴油机连杆多学科设计优化    姚寿广;赵晟辰;肖民;司品顺;

卫星桁架结构优化设计    张铁亮;丁运亮;金海波;张珍铭;

多学科优化设计与分析CAE软件二次开发及应用    任鸿频;胡月圆;

一种基于线性物理规划和两极系统集成分析方法的多目标多学科优化方法    韩旭;陶友瑞;姜潮;

大型风机叶片的设计改进    韩学群;

一种新的基于可靠性的多学科设计优化方法初探    原薇;黄洪钟;吴宝贵;

复杂产品协同设计、仿真、优化一体化平台    范文慧;肖田元;

大型风力机叶片工作状态监测新方法的研究    师英;陈长征;

基于遗传算法的风力机叶片优化设计理论    杨国林;陈长征;

区间非概率多目标优化设计方法及其在车身设计中的应用    李方义

大型风电叶片结构设计方法研究    马志勇

木材干燥的多场耦合建模仿真与优化研究    孟兆新

不确定性下的多学科设计优化研究    张旭东

兆瓦级垂直轴风力发电机组的关键技术研究    葛俊旭

直升机总体多学科设计优化研究    彭名华

兆瓦级Darrieus型立轴式风力机气动性能评价和结构动特性研究    张凯

飞翼布局飞机总体多学科设计优化研究    胡添元

气体辅助注射成型充模机理数值模拟与成型工艺稳健优化    陈巍

高压共轨喷油系统多学科设计优化及智能控制研究    袁文华

考虑逐步破坏和环境载荷影响的复合材料风机叶片的强度和刚度分析    沈亚南

微遗传优化与iSIGHT集成技术研究    蔺晓风

大型风力机叶片的外形设计与数值模拟分析    魏义利

基于有限元法的风力发电机组塔架结构分析    王朝胜

小型水平轴被动调速风力机设计与研究    崔文篆

直驱式风力发电机组传动系的动力学仿真分析与研究    付长江

低风速启动垂直轴风力机的性能研究    赵炜

基于形状敏度分析的角磨多学科性能优化    庄菲菲

电子机箱结构多学科综合优化若干关键问题研究    杜敏

大型风电机组控制策略研究    徐健

FUZZY—PI控制器在双闭环串级调速系统中的应用    郎朗,孙四海,陈跃东

高压共轨系统调压阀的设计仿真与实验研究    周升辉;费建国;张幽彤;

共轨燃油压力模糊PID控制器的设计    赵福堂,宾科,冯国胜,蔡遂生

车用柴油机高压共轨燃油喷射压力控制技术    杨林,冒晓建,卓斌

高压共轨电控喷油器的仿真模拟计算    王尚勇,张晓力,徐春龙

高压共轨式电控柴油机动态仿真研究    梁锋,谭文春,肖文雍,王俊席,卓斌

高压共轨柴油机燃烧与排放模型的研究    邵利民;常汉宝;安士杰;

共轨喷射系统参数对柴油机性能影响的模拟计算    董尧清;张万平;顾萌君;纪丽伟;邹龙;夏秀娟;

天然气发动机高压共轨系统的建模与仿真研究    许正伟;彭忆强;黎薇;吴琼;

柴油机高压共轨系统自适应模糊滑模控制    黄铁雄;高世伦;

我国风电场将进入大规模发展时期    施鹏飞;

基于支持向量机的故障智能诊断理论与方法研究    何学文

智能计算在CDMA多用户检测中的应用研究    马杰

高压共轨喷油控制策略及共轨管优化设计研究    裴海灵

多学科设计优化技术研究    郭健

多学科设计优化代理模型技术的研究和应用    穆雪峰

多学科设计优化技术研究    龚春林

柴油机高压共轨系统模拟计算与仿真    高献坤

柴油机高压共轨系统压力动态特性模拟    颜松

小型风力机叶片的设计    聂晶

小型水平轴风力发电机叶片设计研究    杨新彦

预喷射控制燃烧噪声的仿真计算与试验研究    周海涛

轿车空调制冷系统仿真平台应用研究    陈尹梅

美国兆瓦级激光器试验取得重大进展    

美军开发兆瓦级SiC新型固态电路功率开关    

兆瓦级风力发电机即将诞生    

深圳建成亚洲第一的商业兆瓦级光伏并网电站    

1.5兆瓦级风电机组并网发电    

我国拟颁布兆瓦级风电机标准    

国产2兆瓦风机研制取得重大进展    唐光玉;杨新明;

中国建设亚洲首座兆瓦级塔式太阳能电站    

我国大型并网光伏兆瓦级大电站即将建成    

南方电网中国首个兆瓦级电池储能站成功并网    

某兆瓦级发电机组噪声故障分析    张占一;刘栋;应怀樵;杨金福;

基于INTERBUS总线的兆瓦级风电控制系统设计    王晓华;张兴;

UPR在兆瓦级风电机机舱罩成型中的应用    陈澄;

脉冲式兆瓦级高功率微波照射后狗某些生化指标的改变    高亚兵;王德文;彭瑞云;陈浩宇;杨红;邓桦;曹晓哲;王水明;赵梅兰;崔雪梅;崔玉芳;陈建魁;

兆瓦级风机主齿轮箱行星架的有限元分析    袁包钢;戴莹;朱江平;

兆瓦级复合材料风电叶片的设计与制备研究    肖加余;曾竟成;杨孚标;彭超义;杨军;唐先贺;潘艺;曾鸿平;

兆瓦级风机叶片复合材料发展现状    周娟;冯学斌;彭超义;曾竟成;肖加余;

兆瓦级风力发电机绝缘的重复脉冲电老化寿命评定方法    刘学忠;钟力生;

兆瓦级,S波段,超宽带双信道输出回路的研究    钮得禄;

兆瓦级双馈风力发电机设计    吴世展;

湘电向风电领军企业迈进    记者 周月桂通讯员 周卓

打破国外风机的垄断地位    班健

金风科技(002202) 向下空间明显大于投资机会    申银万国

我市3个省重大科技专项通过验收    记者 李江涛　通讯员 张现利

国内最大兆瓦级太阳能电站在上海试运行    记者 姚雯

追逐风电业的诱人蛋糕    刘昆明

港城风力发电叶片首次出口    通讯员 仲文玉 记者 徐黎一

1.5兆瓦风电机组问世    张和平

太阳能发电不再自成“孤岛”    徐瑞哲

无污染“电力银行”在沪问世    任荃

兆瓦级风电机组状态监测及故障诊断研究    单光坤

风力发电机组叶片模型气动载荷研究    赵丹平

兆瓦级Darrieus型立轴式风力机气动性能评价和结构动特性研究    张凯

兆瓦级风力发电机组变桨距系统控制技术研究    郭洪澈

双凸极无刷直流发电机    朱德明

径向叠片磁障式转子双馈无刷电机的研究    刘慧娟

直驱型风力发电系统全功率并网变流技术的研究    陈瑶

兆瓦级双馈式三电平风电变流器关键技术研究    李渊

大规模森林场景的树木摇曳效果实时模拟    张龙

变速恒频双馈风电机组动态模型及并网控制策略的研究    李晶

兆瓦级风电机组风力桨叶动力学仿真与优化研究    刘冠麟

兆瓦级风电齿轮箱故障监测及分析    吴树梁

兆瓦级风力机叶片气动特性分析    焦华超

兆瓦级风能发电机组叶片的动态特性及响应分析    潘虹

兆瓦级风电机组电动变桨距控制系统的研究与实现    叶成城

兆瓦级风电机组最佳功率控制研究    罗剑波

兆瓦级风力机的智能控制算法研究    陈兆圣

兆瓦级激光与光纤耦合技术研究    刘堃

兆瓦级高速永磁同步电动机的电磁设计与损耗分析    黄娜

兆瓦级直驱变桨距风力发电控制系统的研究    史宁波