风力发电机塔架结构风压数值模拟研究

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1、分类号：TU3密级：公开UDC：学校代码：10127硕士学位论文论文题目：风力发电机塔架结构风压数值模拟研究英文题目：ResearchonWindPressureNumericalSimulationofWindTurbineTowerStructure学位类别：工学硕士研究生姓名：闫梁学号：201102091学科(领域)名称：结构工程指导教师：牛建刚职称：教授协助指导教师：职称：2014年6月10日内蒙古科技大学硕士学位论文摘要风力发电已成为全球众多国家新能源发展的重要组成部分，其迅猛发展带动了风力发电机设计和应用的巨大革新。支撑风力发电设备的塔架结构，是一种高耸、细长的柔

2、性结构，对风荷载非常敏感，其承载能力决定着整个风力机的安全性与正常使用。研究风力发电机塔架结构在风场中的流体特征，分析和研究风力发电机塔架结构所受风压的规律，不仅可为风电塔架结构的工程设计提供荷载取值依据，还可为该类结构的可靠性计算与评估奠定基础，具有重要的实际意义。论文以内蒙古自治区白云鄂博风电场1.5MW锥筒型风力发电机为原型，利用ANSYS软件建立了额定风速、切出风速、暴风风速三种工况下锥筒型风力发电机的三维风场模型，通过CFD数值模拟计算了风流过锥筒型风力发电机的流场分布情况，在分析塔架周围流体变化、表面风压、风压系数的基础上提出了风压沿塔架高度方向的风压分布规律以及

3、风环境下的塔架体型系数。考虑地貌对风力发电机塔筒结构的影响，探讨了风力发电机位于六种典型孤立地形（15°，30°，45°的山坡和山脊）上时塔筒结构周围的风速场和风压场分布情况，通过分析比较建立起平地与山区风压之间的联系，提出爬坡增值系数的取值建议。研究结果表明：坡度从15°增加到45°，山坡和山脊上的塔筒表面风压值均大于平地上塔筒表面风压值；山脊与山坡对坡顶处塔筒表面风压值的影响规律并不一致，坡度为15°时山脊上的塔筒风压大于山坡上的塔筒风压，坡度30°和45°时，山坡处风压则大于山脊处。在风力发电机锥型塔筒结构受力分析的基础上论文建立了格构式三肢、四肢柱风力发电机塔架结构，

4、通过有限元数值模拟，得出结构表面风压值、塔架周围风速等分布情况，将格构式塔架风压值与塔筒结构相比较，提出了格构式塔架的风载设计建议。风力发电机锥型塔筒结构在平地与坡地的风压分布规律，以及风力发电机格构式三肢、四肢柱塔架结构周围风场的分布规律可为水平轴风力发电机支撑结构风荷载的设计取值提供一定参考，对今后风力发电机塔架结构的工程设计和革新带来极其重要的理论价值和指导意义。关键词：风力发电机塔架；地貌影响；风场特性；数值模拟；风压分布规律I内蒙古科技大学硕士学位论文AbstractWindpowerhasbecomeanimportantpartofthedevelopmenti

5、nnewenergyformanycountriesaroundtheworld.Therapiddevelopmentofwindpowercausesthesignificantinnovationinthedesignandapplicationofwindpowerequipment.Thetower,asatall,slenderandflexiblestructure,supportingequipmentandaffectingthesecurityandnormalfunctionofequipment,issensitivetothewindload.The

6、refore,thereisnecessarytoresearchthefluidpropertiesofthetowerinthewindfieldsandthelawofwindpressureaffectingonthetower.Asaresult,theresearchsopracticalthatitcannotonlyprovidethemethodofselectingloadvalueinthedesignofthetower,butalsobethefoundationofthecalculationandevaluationofthereliabilit

7、yofthetower.Thestudysampleisaconewindgeneratorwhoseratedpoweris1.5MWintheBaiyun’ebowindfarmoftheInnerMongolia.Inthestudy,thethree-dimensionalwindfieldmodelofconestypewindpowergeneratorinratedwindvelocity,cut-outwindvelocityandstormwindvelocitywascreatedw