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第1章 绪论1

1.1风能利用历史、现状与未来趋势1

1.1.1风车及风电早期历史1

1.1.2风力发电与风能的其他领域利用4

1.1.3风能利用未来趋势7

1.2风力机设备及设计过程9

1.2.1风力机主要组成部分9

1.2.2风力机分类12

1.2.3风力机设计过程16

1.3现代风力机研究领域19

1.3.1现代风力机主要研究领域19

1.3.2风力机整机动力学问题及相关研究21

1.4风力机国内外研究机构及相关书籍与期刊24

1.4.1风力机国内外研究机构24

1.4.2风力机著作与研究期刊28

1.5风力机行业相关规范与标准32

1.5.1风力机行业常用标准与规范32

1.5.2风力机著名行业36

参考文献38

第2章 风资源评估方法与风场建模39

2.1风与风资源特性39

2.1.1风的时空分布39

2.1.2风资源特性41

2.1.3风资源评估与数值模拟42

2.2风资源统计学评估方法43

2.2.1风速统计分布43

2.2.2风向统计分布47

2.3风资源动力-统计综合评估方法48

2.3.1风能资源数值模拟系统49

2.3.2中尺度数值MC2模式50

2.4数值模式台风风场模拟52

2.4.1台风危害52

2.4.2台风数值模拟研究53

2.4.3 MM5模式54

2.5风力机风场建模55

2.5.1模型分类55

2.5.2模型描述56

2.5.3稳态风场及风速修正58

2.5.4紊流风场59

2.6随机过程风场模型61

2.6.1随机过程基本原理61

2.6.2固定部件湍流风场特征63

2.6.3旋转叶片湍流风场特征70

2.6.4湍流风场阵风模型73

参考文献76

第3章 翼型气动设计原理78

3.1翼型绕流及其升阻效应78

3.1.1翼型几何参数78

3.1.2升力效应和阻力效应79

3.2翼型气动特性82

3.2.1表面压强分布及压力中心82

3.2.2升力特性与阻力特性84

3.3翼型气动特性影响因素87

3.3.1雷诺数影响87

3.3.2相对厚度影响90

3.3.3相对弯度影响92

3.4可变翼型94

3.4.1叶片变形效应94

3.4.2智能叶片技术95

3.4.3刚性襟翼96

3.4.4柔性襟翼100

参考文献107

第4章 风力机气动设计原理110

4.1叶素动量理论110

4.1.1风能利用系数与贝兹极限110

4.1.2作用在叶素上的气动力117

4.1.3叶素理论与动量定理的耦合118

4.2气动设计方法119

4.2.1风轮参数预估120

4.2.2叶素参数计算121

4.3风轮相似特性125

4.3.1几何相似特性126

4.3.2运动相似特性126

4.3.3动力相似特性127

4.4尾迹涡流理论132

4.4.1毕奥-萨伐尔定律132

4.4.2叶尖涡、叶根涡以及涡面模型133

4.5固定尾迹涡模型134

4.6预定尾迹涡模型136

4.6.1叶片模型136

4.6.2尾迹模型137

4.7自由尾迹涡模型140

4.7.1尾迹涡线控制方程140

4.7.2诱导速度及其修正141

参考文献144

第5章 风力机结构动力学148

5.1风力机载荷148

5.1.1风力机结构设计的重要性148

5.1.2载荷类型与分析152

5.1.3载荷分析坐标系155

5.1.4叶片载荷计算157

5.1.5风力机整体受力160

5.2风力机叶片结构设计161

5.2.1叶片结构设计方法概述163

5.2.2叶片优化设计理论与方法165

5.2.3风力机叶片结构166

5.2.4风力机叶片材料与铺层设计172

5.3叶片结构计算与分析191

5.3.1叶片翼型几何特性计算191

5.3.2叶片强度和刚度计算192

5.4有限元方法在风力机结构分析中的应用194

5.4.1有限元方法及其应用194

5.4.2风力机叶片结构特性计算与分析195

参考文献202

第6章 风力机整机多体动力学206

6.1风力机建模与仿真206

6.1.1建模与仿真技术206

6.1.2风力机建模与仿真技术208

6.2多体动力学技术210

6.2.1计算多体系统动力学研究进展210

6.2.2刚体凯恩动力学方程212

6.2.3广义凯恩动力学方程213

6.2.4动力学模型求解实现216

6.3风力机柔性部件假设模态法218

6.3.1叶片和塔架假设模态计算219

6.3.2塔架广义质量与广义刚度计算220

6.3.3叶片广义质量和广义刚度计算221

6.3.4基于假设模态法的叶片和塔架变形223

6.4风力机整机动力学建模223

6.4.1风力发电机组几何拓扑结构及其自由度223

6.4.2风力发电机组坐标系及其转换225

6.4.3风力发电机组系统运动学分析229

6.4.4风力发电机组系统动力学分析229

6.5 ADAMS软件与架构232

6.5.1 ADAMS软件功能与基本组成232

6.5.2 ADAMS软件基本模块233

6.5.3 ADAMS模型语言格式235

6.6风力机仿真环境与仿真实现237

6.6.1风力机仿真环境237

6.6.2 ADAMS的输入输出文件241

6.6.3仿真计算实现242

6.7变桨变速风力机模型不同风况下仿真结果分析245

6.7.1来流风况设定245

6.7.2塔架位移特性246

6.7.3叶片位移特性250

参考文献258

第7章 风力机气动弹性与流固耦合261

7.1气弹特性与流固耦合原理261

7.1.1叶片气动弹性261

7.1.2整机动力学特性263

7.1.3流固耦合原理264

7.2气动弹性模型及稳定性分析266

7.2.1气动弹性模型266

7.2.2动力学方程268

7.2.3稳定性模型与分析271

7.3流固耦合计算方法281

7.3.1求解方式281

7.3.2界面处理282

7.3.3软件选择289

7.4风力机流固耦合算例分析290

7.4.1控制方程290

7.4.2动静交界面及湍流模型292

7.4.3流场计算域划分292

7.4.4网格生成及边界条件293

7.4.5结构计算293

参考文献298

第8章 风力发电机组控制原理300

8.1风电机组控制系统概述300

8.1.1控制技术发展历程300

8.1.2控制技术发展趋势303

8.1.3控制系统基本组成304

8.1.4控制系统主要功能306

8.2风电机组控制设计基础307

8.2.1控制设计基本要求307

8.2.2风力机特性曲线309

8.2.3气动功率控制313

8.2.4最大功率点跟踪控制316

8.3典型风电机组特性及控制320

8.3.1风电机组分类及特点320

8.3.2定桨距风力发电机组322

8.3.3变桨距风力发电机组329

8.3.4变速恒频风力发电机组333

8.4控制系统执行机构341

8.4.1液压系统341

8.4.2变桨系统343

8.4.3偏航系统344

8.4.4制动系统345

参考文献347

第9章 风电机组状态监测与故障诊断349

9.1风电机组状态监测与故障诊断概述349

9.1.1风电机组状态监测与故障诊断概念349

9.1.2风电机组状态监测与故障诊断功能350

9.1.3风电机组状态监测与故障诊断意义351

9.2风电机组运行维护与状态监测352

9.2.1风电机组常规维护352

9.2.2状态监测技术357

9.2.3状态参数监测358

9.2.4典型风电机组监测系统361

9.2.5传感器类型362

9.3风电机组故障诊断365

9.3.1故障诊断概述365

9.3.2故障诊断技术368

9.3.3故障诊断方法371

9.3.4常见故障及诊断373

参考文献377

第10章 海洋工程载荷环境与水动力理论基础379

10.1海洋环境波浪载荷及其波谱模型379

10.1.1海洋工程载荷环境介绍379

10.1.2海风载荷380

10.1.3海流载荷381

10.1.4海冰载荷383

10.1.5海洋环境波浪载荷387

10.1.6波浪频谱模型390

10.2小直径海洋工程结构波浪载荷计算392

10.2.1无黏流体与惯性力392

10.2.2黏性流拖曳力393

10.2.3黏性流体绕流泄涡和垂直升力394

10.2.4水流和风效应394

10.3大直径海洋工程结构的波浪载荷计算395

10.3.1直立圆柱的绕射速度势395

10.3.2截断圆柱的绕射速度势397

10.4海洋工程结构与海底相互作用分析399

10.4.1海洋工程构筑物的着底子结构399

10.4.2桩-土相互作用400

10.4.3地震作用及其载荷计算405

10.5漂浮式海洋平台系泊系统及其载荷计算409

10.5.1海洋平台各种系泊结构409

10.5.2悬链线系泊系统载荷计算411

10.6海洋平台静水恢复力计算413

参考文献416

第11章 海上风力机及其动力学特性分析418

11.1海上风电场建设418

11.2漂浮式风力机及相关研究420

11.2.1漂浮式风力机及相关研究项目介绍420

11.2.2漂浮式风力机研究历史及现状425

11.2.3海上风力机的水池实验与数值研究430

11.3海上风力机耦合问题433

11.3.1动力学耦合问题433

11.3.2漂浮式风力机耦合问题435

11.4浅海桩柱风力机整机动力学特性437

11.4.1规则波浪仿真438

11.4.2桩柱式结构基础类型444

11.4.3桩柱式结构水动力特性计算448

11.5深海漂浮式风力机整机动态特性建模456

11.5.1深海漂浮式风力机整机动力学仿真系统457

11.5.2气动、结构与多体动力学模型458

11.5.3漂浮式平台水动力学模型459

参考文献460