Loading...

Investigation of Performance and Aeroelastic Characteristics of Wind Turbine Blades Based on Flexible Multibody Dynamics Model

Sekandari, Mahmoud | 2015

1021 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 47698 (45)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Aerospace Engineering
  6. Advisor(s): Ebrahimi, Abbas
  7. Abstract:
  8. Aeroelasticity analysis and prediction of wind turbines sturcture deformations are fundamental parts in their design. Increasing the size of wind turbine blades and development of Mega-watt sized wind turbines have enhanced the importance of these studies. In this study, the aeroelasticity analysis of a wind turbine blade has been done based on flexible multibody dynamics method. For this purpose, the modal approach has been used for modeling blade structure which has been considered as a flexible beam with bending and torsion degrees of freedom. The unsteady vortex lattice method has been used to calculate aerodynamic loads in order to combine with wind turbine blade structure model. Using kinetic and potential energy relations of flexible blade and virtual work of external forces, the mass and stiffness matrices and vector of generalized external forces have been obtained. The lagrangian approach has been utilized in driving the governing dynamic equations and this nonlinear system of equations have been solved in time domain. After verification of structure and aerodynamic models by using standard samples, results have been compared with reported data of standard 5 MW NREL wind turbine for validation. At the end, this study has resulted in achievement of a useful tool to evaluate flexibility of horizontal-axis wind turbine blade at different aerodynamic states. Time response including elastic deformations of blade and rotor power are the most important results of this study. Investigation of wind turbine reaction to sudden change in wind speed and its direction is another part of the results. The results of this study show that the wind turbine control system failure can cause a lot of hurm to the turbine
  9. Keywords:
  10. Aerodynamics ; Vortex Lattice Method ; Aeroelasticity ; Wind Turbine ; Turbine Blades ; Flexible Multibody Dynamics

 Digital Object List

 Bookmark

  • چکیده
  • فهرست عناوین
  • فهرست شکل‌ها
  • فهرست جداول
  • فهرست علائم
  • علائم لاتین
  • فصل 1: مقدمه
    • 1-1- مقدمه
    • 1-2- توربین‌های بادی و انواع آن‌ها
    • 1-3- پیشینة پیدایش توربین‌های بادی
    • 1-4- پیشینة مطالعات توربین باد
    • 1-5- سیستم‌های کنترل توان توربین
    • 1-6- اهداف و نوآوری پژوهش حاضر
    • 1-7- خلاصة فصل‌ها
  • فصل 2: مدل‌سازی دینامیک سازه با رویکرد دینامیک اجزای چند‌عضوی انعطاف‌پذیر
    • 2-1- مقدمه
    • 2-2- سینماتیک پرة توربین باد
    • 2-3- انرژی جنبشی و ماتریس جرم
    • 2-4- انرژی پتانسیل و ماتریس سختی
    • 2-5- نیروهای تعمیم‌یافتة خارجی
    • 2-6- قید سینماتیکی
    • 2-7- معادلة حرکت
  • فصل 3: استخراج بارهای آیرودینامیکی به روش شبکه گردابه
    • 3-1- مقدمه
    • 3-2- قانون بیوساوارت
    • 3-3- سرعت القایی یک خط محدود گردابه
    • 3-4- روش عددی شبکه‌گردابه
      • 3-4-1- روش المان حلقة گردابه
      • 3-4-2- تعیین سینماتیک و شرایط مرزی
      • 3-4-3- انتخاب المان تکین
      • 3-4-4- استخراج دستگاه معادلات جبری
      • 3-4-5- Rollup دنباله
      • 3-4-6- محاسبة بارهای آیرودینامیکی
  • فصل 4: بررسی اعتبار نتایج مدل آیرودینامیک و سازه
    • 4-1- مقدمه
    • 4-2- اعتبارسنجی مدل سازه
      • 4-2-1- پاندول الاستیک
      • 4-2-2- تیر با سینماتیک مشخص
    • 4-3- اعتبارسنجی مدل آیرودینامیک
      • 4-3-1- حرکت ناگهانی صفحة تخت
      • 4-3-2- بالگرد در شرایط پرواز ایستایی
  • فصل 5: معرفی توربین باد مورد مطالعه و تهیة الگوی آیروالاستیک برای پرة توربین
    • 5-1- مقدمه
    • 5-2- توربین باد 5 مگاواتی استاندارد NREL
    • 5-3- بررسی استقلال حل از شبکه در مدل‌ آیرودینامیکی
    • 5-4- بررسی استقلال حل از افزایش تعداد مودهای سازه‌ای
    • 5-5- مرحلة اول: محاسبة مقادیر ثابت ماتریس ضرایب
    • 5-6- مرحلة دوم: بارهای آیرودینامیکی
    • 5-7- مرحلة سوم: محاسبة نیروهای تعمیم‌یافتة خارجی
    • 5-8- مرحلة چهارم: حل دستگاه معادلات دینامیکی و محاسبة تغییرشکل‌ها
    • 5-9- قابلیت‌ها و محدودیت ها
  • فصل 6: نتایج، بحث و جمع‌بندی
    • 6-1- مقدمه
    • 6-2- صحت سنجی الگوی آیروالاستیک
    • 6-3- پاسخ زمانی
    • 6-4- واکنش توربین در شرایط سرعت باد متغیر
    • 6-5- واکنش توربین به تغییر ناگهانی جهت باد
    • 6-6- نتیجه گیری
    • 6-7- پیشنهادات برای پژوهش‌های آینده
  • منابع و مراجع
  • پیوست
  • خواص سازه‌ای پره، قسمت اول
  • خواص سازه‌ای پره، قسمت دوم
  • مشخصات آیرودینامیکی پره
  • شرایط کاری توربین
  • Abstract
...see more