风力发电机的流固耦合分析

来源 :烟台大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zjx1978_0901
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风能作为可再生能源的一种形式,具有清洁环保、获取便利、能源储量大及可再生等特性,从而合理的利用风能能够在一定程度上缓解当前能源短缺及改善环境污染现状。风力发电机作为捕获风能的设备,通过叶片的旋转捕获风能,进而将风能转换为机械能后,通过并网发电将其输送至电站,实现风能向电能的转化及利用。  本文基于有限元分析工程软件 ANSYS Workbench及 CFX,对功率为2MW的离岸风机模型进行了单向流固耦合分析,并对功率为100W的微小型风机进行了单向和双向的流固耦合分析。在大型离岸风机模型的分析中,为了增强求解的稳定性,提高网格质量,在对其进行流场划分时,提出了“洋葱型”嵌套结构的流场模型,并对其进行了网格收敛性优化分析及相关的风机结构特性分析;在单向流固耦合分析中,通过流体-结构耦合特性,确定了风机结构在风场下整机的应力应变分布情况。在微小型风机的研究中,首先基于结构的刚体特性,以此为模型并结合动网格技术,研究了其启动特性,确定了启动转矩和启动风速;结合实际风机的结构特性及机械性能,验证了所建立模型的准确性,并为后续微小型风机的流固耦合分析提供坚实的模型基础,从而可以在一定程度上增加结果的可信度。在动力学分析的基础上,对该模型建立了对应的流场模型,并同样对其进行了网格收敛性优化分析;在该模型的收敛性分析中,拓展性的研究了风机流场的内外流场域网格数目与风机功率的拟合关系,并给出了其对应的拟合函数,对相似的研究有一定的参考价值;后采用拟合函数的最优值对应的网格条件,对该条件下的风机进行了单、双向流固耦合分析,确定了在两种不同耦合条件下风机结构特性的变化。最后,对比分析单、双向流固耦合分析对微小型风机的尖速比?、风能利用系数CP及转矩系数CT等的影响。
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