风电除冰叶片温度场预测方法研究及应用

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1、学校代码10530学号201230071587分类号TH122密级硕士学位论文风电除冰叶片温度场预测方法研究及应用学位申请人宁天宇指导教师卜继玲教授级高工学院名称机械工程学院学科专业机械工程研究方向机械创新与优化设计二零一五年六月五日DevelopmentofthetemperaturefieldpredictionmethodforwindturbinebladeanditsapplicationCandidateNingTianyuSupervisorProf.BuJilingCollegeSchoolofMechanicalEn

2、gineeringProgramMechanicalEngineeringSpecializationMechanicalinnovationandoptimizationdesignDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune,2015湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研巧所取得的研究成果。除了文中特别加１＾标注引巧的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做

3、出重要贡献的个人和集体，均已在文中从明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名日期：如／户年／月＾日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。）、作者签名７［曰期：＾２＾：年／月ｉ曰含；导师

4、签名日期一：＾／３年／月ｒ日湘潭大学硕士学位论文摘要随着国内风电市场的进一步发展，风能资源得到更大力度的开发。在某些风场中，风电叶片可能出现严重的结冰、覆冰情况，这将严重影响风力机发电效率及寿命。所以市场对抗冰冻叶片的需求越来越急迫，开发抗冰冻风机叶片成为了国内风电叶片研究的一个重要方向。目前国内在抗冰冻风电叶片的研发尚处于起步阶段。本文在总结现在国际上主要的抗冰冻叶片技术的基础上。根据国内实际情况、风力机整机厂要求，选取热气抗冰冻技术进行研究，利用有限元软件对风电叶片进行温度场预测，为热气抗冰冻技术提供理论指导。本文的主要研究内

5、容如下：第一，本文首先提出了一种基于ANSYS壳单元的风电叶片温度场预测方法，解决叶片实体模型建模困难、复合材料等效热物性参数难于获得等问题，为风电叶片等复杂复合材料层合板结构的传热分析探索新的方法，为叶片抗冰冻装置的研制提供理论指导。第二，自行研发了一套热气抗冰冻系统，利用该装置搭建了实验平台，对叶片进行加热实验，测取了相关温度数据，供有限元计算加载使用以及结果对比。为叶片温度场有限元计算及计算结果准确度判断提供参考。第三，基于上述方法，本文对某型号风电叶片的温度场进行了分析,并将ANSYS计算的结果与实验测取数据进行对比，以验证计

6、算结果的精确性及方法的可靠性。第四，编制开发了一款风电叶片温度场分析辅助软件，该软件的编写提出了一种叶片除冰温度场分析的方式，大大简化了计算过程和计算成本。第五，对风电叶片的除冰控制方式进行了初步优化研究。新的控制方式不仅可防止叶片结冰，并能有效降低整个系统的能耗。总之，本文对风电叶片温度场预测方法进行了研究，将ANSYS壳单元应用于风电叶片的温度场分析，开成功开发了一款叶片除冰计算辅助软件，可快速有效地预测风电叶片在各工况下的温度场分布，为风电叶片等复杂的复合材料层合板结构的传热分析探索了新的研究方法。在上述方法的基础上，本文还成功

7、研制了一套热气抗冰冻系统，并对除冰控制方式的优化方法进行了一些初步研究，得到一些比较有意义的结果，为叶片抗冰冻装置的进一步优化设计提供了理论指导与实践经验。关键词：风电叶片；抗冰冻；温度场；热分析；壳单元I湘潭大学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofwindturbineenergymarketinChina,windenergyresourceshavebeenvigorouslyexploited.Insomecertainwindfields,theremayexistseverefre

8、ezingandicingonwindturbineblades,whichwillgreatlyaffecttheefficiencyandlifeofwindturbines.Therefore,themarketu