亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于ANSYS的豎直型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片建模與仿真

        2017-06-20 11:06:39張崇文趙高暉仲梁維
        軟件導(dǎo)刊 2017年4期
        關(guān)鍵詞:風(fēng)力發(fā)電機(jī)

        張崇文+趙高暉+仲梁維

        摘要:葉片是豎直風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵零件,為了確保葉片工作的穩(wěn)定性,分析葉片結(jié)構(gòu)尤為必要。針對(duì)葉片是否會(huì)在風(fēng)力作用下發(fā)生破壞,采用3D與2D相結(jié)合分析的方式對(duì)葉片整體和垂直截面進(jìn)行分析建模。根據(jù)建立的葉片幾何模型,利用Fluent軟件進(jìn)行氣動(dòng)力分析,得到葉片上最大風(fēng)載,并以此為邊界條件利用Ansys有限元軟件對(duì)豎直風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行靜力分析。仿真結(jié)果表明,葉片中部變形最大,在葉片連接處易出現(xiàn)應(yīng)力集中,可為風(fēng)機(jī)葉片的安裝與優(yōu)化提供參考。

        關(guān)鍵詞:風(fēng)力發(fā)電機(jī);豎直葉片;Fluent;靜力分析

        中圖分類號(hào):TP319

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        文章編號(hào):16727800(2017)004008303

        0引言 我國(guó)作為能源消耗大國(guó),風(fēng)能憑借分布范圍廣、存在形式相對(duì)較為穩(wěn)定、無(wú)污染、可持續(xù)利用等優(yōu)點(diǎn)成為國(guó)家重點(diǎn)研究的對(duì)象,是目前為止最具有應(yīng)用前景且技術(shù)相對(duì)成熟的可再生性能源。豎直型風(fēng)力發(fā)電機(jī)[1]與水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比,具有能夠吸收各方向風(fēng)能的優(yōu)點(diǎn)且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、制造成本低、生態(tài)優(yōu)勢(shì)明顯,越來(lái)越引起行業(yè)關(guān)注。葉片作為豎直風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵部件,其穩(wěn)定性決定了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的性能與壽命,因此在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)葉片進(jìn)行強(qiáng)度分析、可靠性分析十分重要。 徐浩等[2]基于Fluent對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)氣動(dòng)性進(jìn)行研究,結(jié)合兩種葉片的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種新型葉片;王昊等[3]基于Solidworks建立了水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的三維模型,在法向力作用下對(duì)葉片強(qiáng)度進(jìn)行了分析;劉洋[4]基于Midas NFX有限元軟件對(duì)1kW豎直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片進(jìn)行了靜力分析,得出風(fēng)機(jī)葉片的受力分布規(guī)律。本文通過(guò)Solidworks建立三維模型,運(yùn)用2D方法在Fluent中求出葉片上的風(fēng)載,結(jié)合ANSYS軟件對(duì)豎直風(fēng)機(jī)進(jìn)行有限元分析,確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的安全性。

        1風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片結(jié)構(gòu)

        本文葉片采用與NACA0018相似的新型翼板,主要特點(diǎn)是葉片內(nèi)部有加強(qiáng)筋,提高葉片整體剛度,葉片具體參數(shù)在文中略去,葉片模型如圖1所示。

        風(fēng)力發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期在戶外運(yùn)行,葉片工作環(huán)境比較惡劣,既要滿足葉片強(qiáng)度與剛度要求,又要降低加工難度、提高性價(jià)比,因此材料選用玻璃鋼[5]。玻璃鋼即纖維強(qiáng)化塑料,具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn),有很好的耐腐蝕性,可設(shè)計(jì)性優(yōu)越,能夠根據(jù)不同需要靈活應(yīng)用于各類產(chǎn)品,玻璃鋼性能參數(shù)如表1所示。

        2風(fēng)載計(jì)算

        風(fēng)力發(fā)電機(jī)在工作過(guò)程中除了受到因轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力和自身重力外,還受到空氣作用于葉片上的氣動(dòng)力即風(fēng)載。如果通過(guò)常規(guī)的3D建模進(jìn)行數(shù)值分析,計(jì)算網(wǎng)格可達(dá)到一個(gè)非常巨大的數(shù)目,計(jì)算量大、耗時(shí)長(zhǎng),不易得到準(zhǔn)確結(jié)果。所以通過(guò)建立葉片2D幾何模型來(lái)進(jìn)行數(shù)值模擬,得到葉片上的風(fēng)載,計(jì)算流程如圖2所示。

        2.1幾何模型建立

        ICEM作為前置處理軟件,具有很強(qiáng)的模型處理和網(wǎng)格劃分能力,并且與許多軟件有良好的兼容性。首先對(duì)葉片進(jìn)行簡(jiǎn)化,對(duì)AutoCAD中做出簡(jiǎn)化后的葉片進(jìn)行2D建模并確定計(jì)算域。如果計(jì)算域太大,會(huì)消耗過(guò)多計(jì)算機(jī)資源,太小又不能準(zhǔn)確模擬,因此采用使用較多的12D×6D 的矩形區(qū)域作為計(jì)算區(qū)域,模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)的外流場(chǎng)。同時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于計(jì)算域內(nèi),為了模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)與附近一定范圍的相對(duì)流動(dòng),將葉片旋轉(zhuǎn)區(qū)域作為旋轉(zhuǎn)域,與外流場(chǎng)區(qū)分開(kāi)來(lái),方便后期網(wǎng)格處理,提高葉片周圍網(wǎng)格數(shù)量。葉片處于旋轉(zhuǎn)域中,聯(lián)接葉片與塔臺(tái)的連接架對(duì)分析影響較小,在仿真時(shí)忽略對(duì)旋轉(zhuǎn)域的影響,以dwg文件導(dǎo)入Icem中,進(jìn)行網(wǎng)格處理,圖3為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的幾何模型。

        如圖3所示,D為葉片的旋轉(zhuǎn)直徑3.6m,風(fēng)從計(jì)算域的左側(cè)進(jìn)入,葉片到左側(cè)邊界的距離是旋轉(zhuǎn)直徑的3倍,到上下邊界的距離是旋轉(zhuǎn)直徑的3倍,到右側(cè)出口的距離是旋轉(zhuǎn)直徑的9倍。2.2ICEM 前處理

        為了提高網(wǎng)格質(zhì)量、減少計(jì)算時(shí)間,對(duì)計(jì)算域進(jìn)行主次劃分。將整個(gè)域劃為3個(gè)計(jì)算域:旋轉(zhuǎn)域外的外流域、旋轉(zhuǎn)域和中心的內(nèi)流域。利用O-Grid方法對(duì)計(jì)算域分塊處理,對(duì)旋轉(zhuǎn)域附近網(wǎng)格進(jìn)行加密。網(wǎng)格處理后,越靠近葉片的區(qū)域網(wǎng)格越稠密,遠(yuǎn)離葉片的外流域網(wǎng)格稀疏,劃分后的網(wǎng)格如圖4所示。

        在進(jìn)入Fluent求解器前,先在Icem中創(chuàng)建邊界Part。將矩形左側(cè)設(shè)為入口邊界、右側(cè)為出口邊界,上、下邊為對(duì)稱邊界,旋轉(zhuǎn)域與外流域的接觸面為滑移邊界[67]。

        2.3FLUENT求解

        在Fluent軟件中進(jìn)行流場(chǎng)分析,為獲得風(fēng)載的唯一解,需要進(jìn)行計(jì)算域邊界條件各種參數(shù)值設(shè)定,選擇氣動(dòng)計(jì)算中經(jīng)常使用的spalart-Allmaras方程湍流模型,介質(zhì)為理想空氣,定義入口邊界條件,將進(jìn)口風(fēng)速的速度作為輸入條件,出口邊界為環(huán)境壓力。將旋轉(zhuǎn)域的邊界與外流域邊界耦合進(jìn)行求解。風(fēng)機(jī)葉片在流場(chǎng)中的壓力云圖如圖5所示。 從葉片的壓力云圖中可以發(fā)現(xiàn),位于迎風(fēng)側(cè)的葉片表面所受壓強(qiáng)最大,主要位于葉片的前緣,最大壓強(qiáng)為142.9MPa。葉片上下表面存在比較明顯的壓力差,使葉片產(chǎn)生力矩進(jìn)而轉(zhuǎn)動(dòng)。

        3風(fēng)機(jī)靜力分析

        3.1靜力分析基礎(chǔ)

        靜力分析是最基礎(chǔ)、最常用的有限元分析方法,在大部分工程計(jì)算中都必不可少。所謂靜力分析就是結(jié)構(gòu)受到靜態(tài)載荷的作用,慣性和阻尼可以忽略[8],在此載荷的影響下,引起結(jié)構(gòu)的響應(yīng)包括位移、應(yīng)力、應(yīng)變等,以此判斷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是否滿足強(qiáng)度上的要求。由經(jīng)典力學(xué)理論可知?jiǎng)恿W(xué)通用方程為: [M]{x"}+[C]{x′}+[K]{x}={F(t)}(1)其中,[M]為質(zhì)量矩陣,{x''}為速度矢量,[C]為阻尼矩陣,{x'}為加速度矢量,[K]為剛度矩陣,{x}為位移矢量,{F(t)}為力矢量。線性靜力分析中的物理量都不隨時(shí)間變化,因此對(duì)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行簡(jiǎn)化得到線性靜力方程: [K]{x}={F(t)}(2)其中{F}為靜力載荷,由于不考慮慣性的影響,質(zhì)量對(duì)結(jié)構(gòu)沒(méi)有影響。靜態(tài)載荷作用下的結(jié)構(gòu)需要添加約束使之處于靜力平衡狀態(tài)來(lái)進(jìn)行求解。有限元軟件中靜力分析主要流程如圖6所示。

        3.2三維模型建立

        本文在Solidworks中建立豎直風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的三維模型,并進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。去除模型中的圓角和小孔,將部分零件從其結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)進(jìn)行一體化操作。將處理好的模型導(dǎo)入Ansys Workbench中進(jìn)行靜力分析。

        3.3網(wǎng)格建立

        模型文件建立后只有通過(guò)網(wǎng)格劃分才能進(jìn)入求解計(jì)算,網(wǎng)格劃分的實(shí)質(zhì)是對(duì)有限元模型離散化,通過(guò)一定數(shù)量的網(wǎng)格單元得到準(zhǔn)確的解,而幾何模型本身并不參與計(jì)算,因此網(wǎng)格劃分在有限元分析中必不可少。網(wǎng)格劃分的好壞直接影響計(jì)算時(shí)間和精度,劣質(zhì)的網(wǎng)格不僅會(huì)造成計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)甚至無(wú)法求解。本文主要研究是的是風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片部分,因其輪廓比較復(fù)雜,流線型的形狀不宜劃分網(wǎng)格,四面體網(wǎng)格適應(yīng)性比較好,但節(jié)點(diǎn)數(shù)會(huì)比六面體多,因此采用六面體與四面體結(jié)合的方式,并結(jié)合圣維南原理[9]通過(guò)影響球功能進(jìn)行局部細(xì)化。葉片劃分后的網(wǎng)格數(shù)目為8 810,如圖7所示。

        3.4風(fēng)機(jī)載荷

        葉片在運(yùn)行過(guò)程中,受到重力、離心力和氣動(dòng)力的作用,葉片材料使用的玻璃鋼,密度低、質(zhì)量輕,忽略其重力和離心力對(duì)葉片結(jié)構(gòu)的影響。由風(fēng)載計(jì)算可知,在工作時(shí)葉片在迎風(fēng)側(cè)的表面所受載荷最大,如圖5葉片壓力云圖所示,最大風(fēng)載為142.9Pa,位于葉片前緣輪廓線法線方向。因此,風(fēng)機(jī)葉片的載荷只考慮法向力,以均布載荷方式添加在葉片上。

        3.5計(jì)算結(jié)果分析

        通過(guò)計(jì)算得到葉片壓力云圖及其在風(fēng)載作用下的位移圖,如圖8、圖9所示。

        可以看出,葉片的變形主要集中在中部呈對(duì)稱分布,葉片前緣厚度大變形小,尾緣厚度小變形大,最大為6.3×102mm。應(yīng)力最大位置發(fā)生在連接處,并由連接處向兩側(cè)遞減,最大等效平均應(yīng)力為15.146MPa。結(jié)合圖8、圖9可以發(fā)現(xiàn),葉片連接處的位置對(duì)葉片變形影響比較大,可以對(duì)葉片連接處的位置進(jìn)行優(yōu)化,減小變形量,為葉片的設(shè)計(jì)與校核提供依據(jù)。

        4結(jié)語(yǔ)

        本文對(duì)豎直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片進(jìn)行了仿真分析,通過(guò)風(fēng)載計(jì)算得到葉片表面壓力分布規(guī)律,揭示了風(fēng)機(jī)工作原理[10]。風(fēng)機(jī)葉片靜力分析中最大應(yīng)力15.146MPa,小于玻璃鋼的許用應(yīng)力,符合設(shè)計(jì)要求,對(duì)更加深入理解豎直風(fēng)力發(fā)電機(jī)有重要意義。通過(guò)風(fēng)載分析可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)葉片位于不同轉(zhuǎn)角時(shí),葉片上所受壓強(qiáng)不同,葉片前緣與尾緣的壓強(qiáng)差也不一樣,可知葉片數(shù)目和角度會(huì)改變?nèi)~片的升力,影響風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)性能,因此可以對(duì)此開(kāi)展進(jìn)一步研究與優(yōu)化,以提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)性能。

        參考文獻(xiàn):[1]胡浩,楊臻,高潤(rùn)龍,等.一種新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)思路[J].中國(guó)機(jī)械,2014(16):266267.

        [2]徐浩,朱益紅.具有較強(qiáng)氣動(dòng)性能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片研究[J].可再生能源,2012(6):4749.

        [3]王昊,范海哲,李帥斌.風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片建模及有限元分析[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào),2016(6):257260.

        [4]劉洋,吳國(guó)慶,宋晨光.1kW垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片靜力分析[J].南通大學(xué)學(xué)報(bào),2016,15(3):16.

        [5]汪澤霖.玻璃鋼原材料手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2015.

        [6]徐艷苗.風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片氣動(dòng)性能與結(jié)構(gòu)分析[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2011.

        [7]尹偉.大功率直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)特性及風(fēng)輪構(gòu)型研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2011.

        [8]劉笑天.ANSYS Workbench結(jié)構(gòu)工程高級(jí)應(yīng)用[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2015.

        [9]蔡新.風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2014.

        [10]宋少云,尹芳.有限元網(wǎng)格劃分中的圣維南原理及其應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2012(8):6365.(責(zé)任編輯:孫娟)

        猜你喜歡
        風(fēng)力發(fā)電機(jī)
        談基于DSP的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要載荷的確定方法
        淺談風(fēng)力發(fā)電機(jī)的維修與保養(yǎng)
        科技資訊(2016年26期)2017-02-28 09:48:41
        風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片設(shè)計(jì)優(yōu)化分析
        新形勢(shì)下風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理及結(jié)構(gòu)分析
        風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功控制中SVC和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的綜合利用策略探析
        磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)展及其控制策略研究
        風(fēng)力機(jī)葉片故障診斷方法研究
        一種新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航控制系統(tǒng)
        風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)施智能監(jiān)控的必要性與前景
        亚洲桃色视频在线观看一区| 免费无码又爽又刺激又高潮的视频| 国产伪娘人妖在线观看| 国产极品大秀在线性色| 麻豆md0077饥渴少妇| 精品卡一卡二乱码新区| 桃花影院理论片在线| 国产精品视频yuojizz| 国产熟女乱综合一区二区三区| 国产av一区二区制服丝袜美腿| 丝袜美腿国产一区二区| 国内揄拍国内精品少妇| 亚洲熟女乱色综合亚洲图片| 国产91福利在线精品剧情尤物| 自拍偷拍另类三级三色四色| 久久精品中文字幕女同免费| 国产一卡2卡3卡四卡国色天香| 这里有精品可以观看| 青青草极品视频在线播放| 国产精品日韩av一区二区三区| 新婚少妇无套内谢国语播放| 成 人 免费 黄 色 视频| 青青草视频华人绿色在线| 国产日本精品一区二区免费| 色视频网站一区二区三区| 99精品国产一区二区三区a片| 97日日碰日日摸日日澡| 国产高清在线精品一区不卡| 男人扒开女人双腿猛进视频| 无码国产激情在线观看| 免费国人成人自拍视频| 国产变态av一区二区三区调教 | 激情人妻在线视频| 中文字幕人妻激情在线视频| 麻豆网神马久久人鬼片| 午夜亚洲www湿好大| 日韩精品国产一区在线| 久久日日躁夜夜躁狠狠躁| 欧美video性欧美熟妇| 国产熟女高潮视频| 亚洲成熟丰满熟妇高潮XXXXX|