风力机叶片气动载荷分析.pdf

中图分类号: 论文编号:1028701 13-S026
学科分类号:080103



硕士学位论文



风力机叶片气动载荷分析




研究生姓名王健
学科、专业流体力学
研究方向实验流体力学
指导教师明晓教授




南京航空航天大学
研究生院航空宇航学院
二О一二年十二月
2
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School
College of Aerospace Engineering

Aerodynamic load analysis of Wind
turbine blades

A Thesis in
Fluid Mechanics

by
Wang Jian

Advised by

Prof. Ming Xiao

Submitted in Partial Fulfillment

Of the Requirements

For the Degree of

Master of Engineering

December, 2012
承诺书

本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进
行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致
谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成
果,也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位
或证书而使用过的材料。
本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部
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等复制手段保存、汇编学位论文。
(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)




作者签名:
日期:
南京航空航天大学硕士学位论文

摘要
风能是一种可再生能源,与传统能源相比,风能更加清洁环保。风力发电机是目前世界上
采用最广的风能发电手段。本文主要介绍利用流体力学分析一种风力发电机叶片上载荷的方法。
首先,介绍风力发电机的国内外相关研究背景。利用数值模拟的方法对本文采用的翼型进
行气动特性计算,分析二维计算结果确定后期计算采用的计算模型。
其次,对已设计的三维风力机模型进行数值模拟,对比不同计算模型以及计算网格对模拟
结果的影响,分析叶片在不同安装角下的载荷分布规律,通过理论计算和数值模拟的方法确定
叶片上各段扭矩的分布曲线。
第三,利用理论分析的方法计算出叶片因为旋转离心力而产生的对叶片 1/4 轴线的扭矩,
对比离心力扭矩与气动扭矩,确定叶片上载荷对 1/4 轴线的总扭矩大小。
第四,采用数值模拟的方法计算给定条件下风力机翼型结冰后的冰层形状,分析结冰之后
风力机翼型气动特性的变化。对比干净叶片与结冰后叶片的载荷特性,分析结冰对风力机效率
的影响。
第五,采用流动控制的方法控制翼型上的冰型,计算对比几种流动控制下的冰型,分析其
控制效果。
最后,对本文所做工作进行总结归纳,指出本文工作中的得失,并为以后工作提出研究方
向。
关键词:风力发电,数值模拟,叶片载荷,气动性能,结冰计算,流动控制

I
风力机叶片气动载荷分析
ABSTRACT
Wind energy is a renewable energy, it is cleaner and more environmentally friendly than
traditional energy sources. The wind generator is the world's most widely used wind energy
generation mean. In this paper, the use of fluid dynamics analysis of the loads on a wind turbine blade
prehensively described.
Firstly, starting with introduce the background of wind turbine research at home and abroad.
Numerical simulation methods are used to calculate the airfoil aerodynamic characteristics in this
paper.