上个世纪,科技发展取得了巨大进步,为现代人类文明的进步奠定了基础。然而不幸的是,这种进步也带来了一些不想要的严重问题,这些问题有可能破坏维持生命的环境。现在,公众真正渴望并意识到要寻找替代的自然能源系统和产品,以帮助改变导致这一困境的现有能源使用模式。1992 年在里约和 2002 年在约翰内斯堡举行的联合国会议将环境可持续性问题推到了国际舞台的最前沿。随后,该组织确定了建筑物应努力实现的目标,以获得绿色建筑的认可,其中包括提高可靠性、提高室内空气质量、减少自然资源使用、在建筑物使用寿命内大幅降低能源成本、通过提高建筑能源效率来提高舒适度以及通过增加建筑能源改进活动来增加就业率。从理论上讲,这些好处可以抵消任何类型的建筑成本增加(通常为 3-5%),而改进将对生命周期成本产生直接的积极影响。本章试图通过更多地使用环保风力通风来推动可持续生活事业,提高人类生存的质量和舒适度。本文提供的大部分材料均基于作者在澳大利亚新南威尔士大学机械工程学院进行的实验和数值计算工作,特别关注高效风力旋转通风机的开发和生产,供家庭和工业使用。
抽象风力是技术突破最成功的先驱者,可能会导致更有效的能量输出。由于能源部门的迅速发展,越来越需要提高风力涡轮机的能源效率和寿命。风力涡轮机的安装由捕获风能所需的以下系统组成。它们是涡轮机,它将机械旋转转换为电力,其他系统以启动,停止和控制涡轮机。大多数商业涡轮机是水平轴风涡轮机。这使得此结构对过速敏感。本文通过考虑静态条件来介绍E玻璃,S玻璃,Armid,环氧碳和石墨烯的不同复合材料的设计和分析。ANSYS Workbench用于对典型的风力涡轮机刀片进行详细研究。对复合材料进行了总变形,等效von-Mises的应力,最大剪切应力和应变能以及结果值的测试。使用CATIA V5软件进行设计,并使用ANSYS软件进行分析。关键字:风力涡轮刀片,复合材料,CATIAV5,ANSYS 2020R1,结构分析。
本文利用能源资源混合优化模型 (HOMER) 软件,对沙特阿拉伯延布地区的十种不同风力涡轮机进行了模型和经济性分析。这项研究可帮助决策者选择最合适的风力涡轮机来满足沙特“2030 愿景”中 58.7GW 的可再生能源目标。分析基于涡轮机的初始资本成本、运营成本、净现值成本 (NPC) 和平准化能源成本 (LCOE)。此外,还根据风力涡轮机的发电量、过剩能量和所需存储设备的大小对其进行了比较。结果表明,对于延布村庄的典型负载曲线,Enercon E-126 EP4 风力涡轮机的平准化能源成本 (0.0885 美元/千瓦时) 和 NPC (23.8 美元) 最低,而 WES 30 的平准化能源成本 (0.142 美元/千瓦时) 和 NPC (38.3 美元) 最高。
能够对系统的结构性能和可靠性进行评估。与叶片振动监测相关的主要技术挑战之一源于复杂的动力学和内在的不确定性,这使得基于模拟的方法难以实现。因此,振动特性的数值研究应基于可靠且有效的气动弹性模型,该模型应能够将结构和气动部分耦合在一起。前者通常用等效梁单元建模,而 WT 的典型气动建模方法包括叶片单元动量 (BEM) 理论、执行器线模型、升力板和涡流模型以及计算流体动力学 (CFD) 方法。执行器线 6 以及升力板和涡流模型 7 旨在提供改进的尾流建模;然而,它们都各有弱点,前者由于需要求解 Navier-Stokes 方程而计算量大,而后者由于方法的内在奇异性而存在发散问题。8 另一方面,CFD 分析受到了广泛关注,尽管目前显示它对于大攻角不可靠。9 此外,它们的适用性仍然受到计算需求增加的限制。10 因此,BEM 理论已成为预测 WT 叶片上气动载荷的标准工业实践,这归功于它能够使用翼型气动数据提供准确且计算效率高的结果。除了上述成熟的气动模型外,还提出了各种替代方法。Zhang 和 Huang 10 对此进行了广泛的综述研究,重点关注不稳定性问题、复杂的流入效应、结构非线性以及 CFD 和气动水弹性分析。仅就气动部分而言,Lee 等人提出了使用改进的条带理论进行气动弹性分析。11 同时还提出了一种基于谐波平衡法的气动弹性方案,12 显著缩短了计算时间,并且比标准 BEM 方法更为稳健。通过使用三维模型进行数值研究,进一步研究了冰积对叶片气动行为的影响。 13最后,Peeters 等人。39 最后,一类更复杂的方法涉及基于 CFD 的分析,9,14 事实证明,这些方法与标准工业工具(例如疲劳、空气动力学、结构和湍流 (FAST))具有合理的一致性。关于结构模型,还提出了超出标准方法(包括等效梁的构造)15 的方法,包括薄壁梁模型 16 ,它可以适应大型叶片中遇到的大多数特征,例如任意层压板铺层和剪切变形,以及考虑动态载荷引起的渐进损坏的模型,17 等等。18 对叶片的壳和固体有限元 (FE) 模型之间的静态行为进行了有趣的比较研究。工业应用中的大部分标准实践都包含在大量可用的气动弹性软件中,例如水平轴风力涡轮机分析和模拟程序 (PHATAS)、19 GH-Bladed、20 ASHES、21 和 FAST。22 大多数商用模拟器都基于线性弹性模型,这些模型无法考虑大位移对响应本身或风荷载的影响。虽然这些影响对于小型叶片可以忽略不计,但对于大型柔性叶片则并非如此,23 它们通常会经历显著的几何非线性。此外,随着当今风力涡轮机尺寸的增加,叶片也变得更加灵活,由于几何非线性而产生的耦合效应变得越来越重要。24,25 在用于气动弹性建模的各种内部代码 26 和软件中,水平轴风力涡轮机模拟代码第二代 (HAWC2) 27 提供了为数不多的非线性商业模拟器之一,它由丹麦技术大学 (DTU) 开发,将 BEM 理论与多体公式相结合以模拟几何效应。解决 WT 叶片大位移问题的另一种方法是几何精确梁理论 (GEBT),28,29 本质上提供了变形梁几何的精确表示,这对于较大的 WT 来说越来越重要。然而,与典型的基于位移的 GEBT 公式的解决方案相关的缺点之一是计算成本增加。通过实施混合形式公式 30 可以解决这个问题,该公式已广泛应用于飞机机翼应用。该方法被证明具有显著的计算效率,从而能够与结构监测数据相结合以供实时应用。31 该公式最近才得以实施和验证 32,随后进一步与 BEM 理论融合,开发出一种用于 WT 叶片的非线性气动弹性模型。一类替代方法可以减轻计算成本的增加,即使用降阶模型 33,34,这可能很好地基于非线性法向模式 (NNM) 的使用。35 一些最近的研究集中在叶片响应的耦合行为上,36-38 后者处理三维叶片模型的几何效应,使用子结构方法考虑这些效应,并通过模态导数增强。
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传动系统:主轴承1和主轴承2之间的轴长度,从集线器法兰到主轴承的轴长度,高速轴长度,枢纽直径,低速 - 轴直径,低速轴壁厚,高速厚度,高速轴直径,高速轴壁板,床单厚度,床单厚度,床单厚度,底板越差异
飞行员应考虑到风向,并考虑风将如何影响执行飞行机动所需的功率。发动机提供的功率或旋转扭矩通过旋翼系统和传动系统传输,需要尾桨来抵消扭矩效应。在飞机运行的所有机动过程中,都必须充分抵消主旋翼扭矩。如果风向不利,且施加了过多扭矩而没有采用反扭矩,飞行员可能会遇到一种称为 LTE 的状况。LTE 是一种环境条件,其中风是导致失去方向控制的主要因素,这是由于直升机意外的旋转扭矩运动造成的,而飞行员没有预料到或没有(及时)应用适当的控制输入来控制飞机。
首先,我要向在大学期间与我共度美好时光的所有同事表示敬意,特别是 Ana Mar´ıa、Alberto 和 Para´ıso。我在马德里的第一天遇到了她,后来又遇到了其他人,但他们在我最后几年的不同阶段都发挥了重要作用。如果没有他们的关注和无条件的支持,这条漫长的道路会更加艰难。我还要感谢 Cristina 的考虑,因为如果没有她的建议,这篇论文的标题会有所不同。显然,我无法忽视我一生中家人给予的鼓励。他们对我决定的支持始终是不可否认的。我所取得的几乎所有成就都归功于您和您的教育,因此这篇论文的很大一部分归功于您。我也感到很幸运和自豪,能够与航空航天飞行器部门的 Crist´obal 和 ´ Alvaro 共事。他们将我和我的同学带入了研究领域,并鼓励我们在工程领域发挥创造潜力。我也非常感谢他们分享了他们的许多知识,涵盖了预测、估计或神经网络等领域。最后但并非最不重要的是,我必须对 GAMESA 公司及其所有员工在该项目开发过程中的接待、帮助和建议表示感谢。特别感谢 Enrique,他的技术援助和支持对于与风力涡轮机行为相关的几个方面至关重要。此外,他还负责本报告的修订,他的意见丰富了这篇论文,使其更加连贯和易于理解。当然,我忘记了很多人,他们值得在这个小页面上占据很大的篇幅。不幸的是,我必须结束这篇文章,因为这份报告必须在几个小时内送到复印店。对于那些出现在这里的人和那些应该出现在这里的人:谢谢。
首先,我要感谢我的导师 Bahri Uzunoglu 教授和 Filippos Amoiralis 先生对我整个研究过程的支持和鼓励。此外,我还要感谢 Eric Kamphues 先生给我在 MECAL Independent eXperts 进行研究的机会,以及他在我留在 MECAL 期间给予的帮助。我还要感谢 MECAL Independent eXperts 和 MECAL 其他部门的所有同事,他们总是愿意回答我的问题,并用他们的知识和经验丰富我的论文。接下来,我要向我的家人表示感谢,感谢他们在我生命的最后 25 年里给予我持续的爱和支持。我还要感谢乌普萨拉大学 (Campus Gotland) 的所有老师和工作人员,感谢他们在我攻读硕士期间为我的理论教学和个人发展做出的贡献。最后,我要感谢 2012-2013 风电项目管理硕士课程的每一位同学,让我在维斯比的时光如此难忘,充满珍贵的时刻。
10 月 26 日星期三,佛蒙特州庆祝了推进清洁、可持续的本地能源生产的重大日子,标志着两个风力发电项目的竣工。First Wind 启用了 Sheffield Wind,这是一座 40 兆瓦 (MW) 的风力发电厂,将为整个卡利多尼亚县提供足够的电力。在附近的东伯克,伯克山滑雪场庆祝了其新的风力涡轮机的投入使用,该涡轮机由位于巴里的 Northern Power Systems 制造。伯克的 Northwind 100 涡轮机预计将满足滑雪胜地近 20% 的电力需求。(有关伯克山的更多信息,请参见第 18 页)佛蒙特州州长 Peter Shumlin 在两次剪彩仪式上发表了讲话。他在演讲中以“摆脱对石油的依赖”作为开场白,并表示佛蒙特州长期以来一直引领着美国,从废除奴隶制和首次赋予妇女投票权开始。“显然佛蒙特州是一个领导者。” Shumlin
