小型X型水平轴风力机流固耦合及动力特性的数值模拟

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随着世界各国经济水平的不断提高,风能作为一种新型无污染的可再生资源,已经被世界上许多国家广泛地开发和利用。一般地,风力机都工作在风速随机变化的环境中,不同的风速对风力机整体结构的影响各不一样,风力机自身的材料特性和结构形式直接地决定了风力机所能够承受的最大额定风速,过大的自然风速极易造成风力机整体产生过大的应力和应变,从而造成风力机整体结构的不稳定,甚至使结构产生整体破坏,后果相当严重。因此,对于风力机流固耦合和动力特性的数值模拟,进而验证其在特定自然风速工作条件下风力机的有限元特性,从经济和安全的角度上来看,其意义都极其重要。  本文选取某研究所设计的小型X型水平轴风力机,利用ANSYS Workbench软件对其进行流固耦合的数值模拟,采取年平均风速和极大风速两种工况下进行计算,通过流场分析得到风力机表面的压力分布以及机舱中心处和叶尖附近的流速分布,然后通过静态结构分析得到风力机结构的应力、应变和总变形等有限元分析结果,并对两种工况下的结果云图取特征点和特征曲线进行对比分析。其中,流场分析在CFX模块中进行,而静态结构分析在Transient Structural(ANSYS)中进行;最后对风力机整机进行动力特性分析,得出其固有频率和振型。风力机流固耦合和动力特性的数值模拟可以为风力机的整体优化及研发工作提供一定的参考数据,从而减少开发周期,并且一定程度上降低了成本。
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