水平轴风机载荷计算

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1、水平轴风力涡轮机载荷计算简介2010-08-2000:20—niwei_20xx受浚哲文明兄启发，我也想自己写一个系列，介绍自己的工作内容，也回报论坛上大家的帮助。当然我的文章含金量不如他那么高。欢迎大家拍砖！这个系列不是非常正式的教程、指南等材料，我想到哪里就写到哪里，但是我也一定认真写，大家有兴趣可以补充，欢迎批评指正，转载随便，但请注明出处。水平轴风力涡轮机载荷计算简介-----空气动力载荷上面的图片是使用MSC.ADAMS和Aerodyn计算载荷的例子。这里我说的空气动力载荷，只要指风力涡轮机运行当风对叶片的

2、力。当然为了使计算结果准确一点，模型的叶片、塔桶都是可以随着载荷的变化而变形的。变桨和偏航等动作，也都对载荷有决定性影响，因此现在通用的软件也都可以考虑变桨和偏航。引用NREL（NationalRenewableEnergyLaboratory）的话来说，这就叫做Aero-Elastic-Servo耦合仿真。NREL是一个很无私的机构，他们开发的软件和成果都无偿放在网上了让大家免费使用，还可以随便修改。在我这个简介系列当中，他们将会多次出现。这个动载荷计算，它不是有限元计算，而是刚体-柔体动力学计算。空气动力载荷变大

3、时，叶片变形也变大，那么攻角也会改变。这样一个“你变我也跟着变”的过程，显然需要大量迭代计算才能得到比较准确的结果，如果用有限元的方法来建模计算，计算量恐怕会吓死人。所以行业里通用模态近似方法来模拟叶片等部件，这样计算量就可以缩减的很小。目前我所听说过、用过的计算软件组合：ANSYS(静载荷，生成柔性体)+Simpack(刚体-柔性体—气动)；MSC.Nastran+MSC.ADAMS。这两个组合是自由度极高的，因为Simpack和ADAMS都是通用动力学仿真软件，用户可以自由构建任何机械结构，甚至可以跟其他软件连接

4、进行液压耦合仿真。其中ANSYS+Simpack组合在德国很受欢迎，不少公司都用这个。MSC的软件目前就是我所在的公司，GE和Enercon在用。MSC正在开发简化建模工具，只是不知道何年何月才能正式发布。上面说的是大型的结构仿真软件，这些软件自己没有专门的空气动力计算功能，需要外接其它软件来计算，Simpack用Flex5做空气动力求解器；MSC.ADAMS用Aerodyn做空气动力求解器。但是也有很多软件生来就是计算风轮机载荷的，比如著名的GH公司的Bladed,NREL的FAST，荷兰ECD的PHATAS等。欧

5、洲一些大学也都有自己编制的软件来计算风轮机载荷，比如丹麦RISOE的HAWC，荷兰TUDelft的DUWECS等。我自己只用过Bladed,FAST和MSC公司的软件，其他的我无法多做评价。由于我对NREL的软件最熟悉，后面的文章中我会列出一个用NREL的软件模拟风力发电机的流程，并且在用到具体软件时用例子展开。下面这个图是简单的NREL软件之间的联系：好了，第一篇文章就到这里了。下一篇文章讲一下建模的流程和如何获取翼型的升阻力系数。水平轴风力涡轮机载荷计算简介(2)2010-08-2122:22—niwei_20x

6、x我又回来了，不说废话,这就开讲。再上次文章的末尾，我帖出了一个NREL软件的图表。这个图是去年4月份画的，后来发布的软件Hydrodyn和Harp_Opt就没有加进去。Hydrodyn计算海浪载荷；Harp_Opt是一个正向的优化软件，可以根据用户的目标函数(比如AnnualEnergyProduction,最小叶片重量等)，根据用户提供的风速统计分布自动优化叶片的形状，包括弦长分布，扭转角度，翼型分布等等。这是个重磅炸弹，可以替设计公司完成很多累活儿。后面我会简单介绍Harp_Opt。Hydrodyn目前只有源代

7、码，用户手册和理论手册都没有编制，我自己对浪载计算也没有经验，就只能等高手来补充了。上次曾经有朋友回帖问图中的Preprocessor,Simulator和Postprocessor都是什么，根据什么来划分。其实这个分类是NREL的软件发布页面上采用的分类方式。Preprocessor就是前处理器，前处理的最终结果就是一个可以模拟风轮机的模型，按一个命令下去马上就可以仿真、计算了。前处理过程中，我们要完成以下的工作：1.准备翼型数据。翼型表示为很多点的坐标，把这些坐标保存在文本文件中用来求取升力和阻力系数。翼型可以去

8、UIUC的数据库中查阅：http://www.ae.illinois.edu/m-selig/ads/coord_database.html这里有很多翼型已经收录了升阻力系数，如果这些升阻力系数的雷诺数范围和最终叶片上该翼型的雷诺数范围相符，那么就可以直接使用。否则还是需要再次计算的。有了翼型坐标以后就使用Xfoil等软件计算翼型的升阻力系数。