海上浮式风机叶片气动载荷计算及有限元分析

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1、密级：非密硕士学位论文中图分类号：TH113海上浮式风机叶片气动载荷计算及有限元分析学位类型：专业型学位学科（专业学位类别）：机械工程作者姓名：唐世浩导师姓名及职称：韩清凯教授朱广辉高级工程师学院名称：机电工程学院论文提交日期：2015年6月5日海上浮式风机叶片气动载荷计算及有限元分析学位类型：专业型学位学科（专业学位类别）：机械工程作者姓名：唐世浩作者学号：13020301007导师姓名及职称：韩清凯教授朱广辉高级工程师学院名称：机电工程学院论文提交日期：2015年6月5日学位授予单位：湖南科技大学Thecalculationofaerodynamicloadandfiniteele

2、mentanalysistobladeoffloatingoffshorewindturbineTypeofDegreeProfessionalDegreeDiscipline(TypeofProfessionalDegree)MechanicalEngineeringCandidateTangShihaoStudentNumber13020301007SupervisorandProfessionalTitleProf.HanQingkaiSeniorengineerZhuGuanghuiSchoolCollegeofElectromechanicalEngineeringthDat

3、eJune5，2015UniversityHunanUniversityofScienceandTechnology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究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。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：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门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

4、授权湖南科技大学可以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，可以采用影印、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：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要海上浮式风机(FOWT)是近期内最具开发潜力的新型风电技术。从发电量和成本角度考虑，FOWT通常设计为5MW-20MW的大型风力机，这意味着更长的叶片和更大的运行风载。海上环境载荷相比于陆上更为复杂，FOWT通常存在大幅度的漂浮运动，其运动与流场间相互耦合将会对其气动载荷产生不可忽略的影响。本文以NREL5MW风力机叶片模型为研究对象，针对叶片气动载荷的计算及其相应的变形情况进行了以下方面

5、的研究：(1)基于叶素-动量理论和三维旋转效应、普朗特以及葛劳渥特三种修正方法，建立了风力机叶片的气动载荷计算模型，通过编程计算获得了叶轮推力、转矩和风力机功率。实际运行中浮式平台存在较大的六自由度运动，叶片不同径向位置处的相对入流风速将发生改变，将浮式平台运动计入叶片气动载荷计算模型，研究了不同运动形式下风力机气动性能的变化规律，结果表明纵摇运动对其气动性能影响最大，并为叶片结构有限元分析提供了气动载荷。(2)NREL5MW风机叶片分段采用不同系列翼型以使叶片具有良好气动性能，采用参数化建模的方法建立了叶片的三维实体模型，基于ANSYS软件采用壳单元Shell181建立叶片有限元分析

6、模型，研究了叶片叶尖变形量随腹板厚度变化的规律，掌握了叶片关键部位的应力分布情况，可为叶片结构设计、强度校核及优化提供数据基础。关键词：海上浮式风机；漂浮运动；气动特性；叶素-动量理论；有限元。iABSTRACTFloatingoffshorewindturbines(FOWT)isthemostprotentialwindpowertechnology.Consideringtheelectricenergyproductionandcost,FOWTisusuallydesignedas5-20MWwindturbineswithlongerbladeandlargerwindlo

7、ads.TheenvironmentalloadsoftheFOWTaremorecomplexthanonshore,andthefloatingmovementofthewindturbineplatformissignificanttoaerodynamicloadduetotheinteractionofthewindflowandthebladeposition.TakentheNREL5MWwindturbinebladeasthe