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第一章 风能利用与风力机设计软件1

第一节 风能利用及海上风力机1

一、海上风力机发展近况1

二、中国风能利用历史与现状6

第二节 风电机组技术趋势10

一、风力机发电技术趋势10

二、风电机组设计与仿真技术14

第三节 陆上与海上风力机设计软件16

一、风力机的设计软件介绍16

二、海洋工程水动力学计算软件18

三、海上风力机设计与仿真软件20

第二章 风资源与风电场选址22

第一节 风资源概述22

一、风能优点22

二、风能缺点23

第二节 风的形成与分类24

一、风的形成24

二、风的分类27

第三节 风的描述及测量31

一、大气稳定度31

二、大气边界层32

三、风速34

四、风向39

五、风测量40

第四节 风资源统计方法42

一、风速统计分布42

二、风向统计分布47

三、风能公式49

四、风能密度50

五、风能可利用时间52

六、脉动风统计特性53

七、极端风统计特性58

第五节 风资源分布和风电场选址61

一、中国风能资源特点及分布61

二、风电场宏观选址66

三、风电场微观选址68

四、风电场选址软件介绍70

第三章 翼型空气动力学74

第一节 空气动力学及其发展74

一、远古时期到17世纪：空气动力学早期萌芽75

二、18世纪到19世纪：现代空气动力学开端77

三、20世纪初期：飞行梦想真正实现83

四、20世纪后期：突破声障进入超声速时代87

第二节 空气动力学研究主要阶段性成果90

第三节 空气动力学发展现状及面临问题92

一、现状与地位93

二、面临问题93

第四节 空气动力学研究领域、分类及研究方法96

一、问题类别96

二、研究方法102

第五节 翼型108

一、翼型概念108

二、翼型研发概况111

三、翼型几何参数136

四、翼型气动参数与受力140

五、常用翼型及资源162

六、常用翼型气动设计与分析软件180

第六节 翼型气动理论与设计197

一、翼型设计197

二、有限厚度翼型气动计算205

三、薄翼理论223

四、Hess-Smith面元法232

第四章 风力机空气动力学理论254

第一节 叶素动量理论254

第二节 叶尖损失与轮毂损失模型258

一、叶尖损失模型258

二、轮毂损失模型260

第三节 葛劳渥特修正模型260

第四节 偏斜尾迹修正模型262

第五节 基于修正模型的叶素动量理论迭代过程263

第六节 广义动态尾迹理论265

一、基本推导267

二、压力分布269

三、诱导速度分布272

四、控制方程扩展273

五、流动参数275

六、压力系数276

七、控制方程的最终表达式277

八、广义动态尾迹模型的计算过程277

第七节 动态失速模型279

一、静态翼型特性扩展281

二、Beddoes-Leishman动态失速模型283

三、模型修正290

第八节 塔影效应293

第九节 垂直轴风力机空气动力学理论295

一、叶片型线296

二、叶片运动及受力分析297

三、多流管模型302

四、流管模型的动态失速修正310

第五章 风力机流场结构与气动特性数值模拟323

第一节 数值模拟基本概念及其实现载体323

一、基本概念323

二、实现载体325

第二节 几何模型与流场网格划分326

一、几何模型326

二、流场网格划分327

第三节 基本控制方程及其数值求解技术332

一、基本控制方程332

二、数值离散方法335

三、数值计算方法341

第四节 湍流模型及其定解条件342

一、湍流模型342

二、定解条件348

三、运动或变形区域的流动模拟方法351

第五节 湍流模型应用与比较353

一、美国可再生能源实验室Phase Ⅵ风力机354

二、NACA 6系列翼型358

三、DU-91-W2-250翼型363

四、二维升力型垂直轴风力机转子367

第六节 水平轴与垂直轴风轮流场数值模拟371

一、三维水平轴风轮流场数值模拟371

二、二维垂直轴风轮流场数值模拟380

第六章 风力机结构动力学398

第一节 风力机结构动力学研究现状398

一、风力机结构动力学主要研究方法398

二、风力机结构动力学研究简述399

第二节 风力机载荷402

一、重力载荷403

二、惯性载荷403

三、气动载荷405

第三节 风力机的结构动态模型410

一、虚功原理及假设模态法411

二、单自由度系统414

三、气动阻尼414

四、风力机结构动态模型416

五、有限元模型422

第四节 风力机疲劳计算422

一、应力循环及其计算422

二、累积损伤的Palmgren-Miner准则424

三、当量载荷425

第七章 风力机气动弹性429

第一节 风力机气动弹性现象429

一、风力机叶片气动弹性429

二、风力机叶片气动弹性稳定性431

三、风力机系统振动和稳定性434

第二节 风力机气动弹性分析435

一、风力机气动弹性模型436

二、风力机动力学方程438

三、风力机气动弹性动力响应分析442

第三节 风力机气动弹性稳定性分析443

第八章 概念设计、数字样机与建模仿真技术448

第一节 产品概念设计思想448

一、概念设计定义449

二、概念设计分类450

第二节 计算机辅助概念设计与虚拟样机技术452

一、计算机辅助概念设计的产生453

二、虚拟样机技术454

三、虚拟样机及其相关技术456

第三节 建模与仿真技术458

一、建模与仿真技术概念458

二、多体系统建模仿真技术461

三、计算多体系统动力学研究进展461

第四节 深海漂浮式风力机概念设计实例463

一、深海漂浮式风力机概念设计实例分析463

二、组成部件功能分解与设计方案评价465

第九章 陆上风力机整机动力学仿真473

第一节 风力机整机动力学仿真技术473

一、风力机整机仿真模型与假设模态法473

二、风载荷条件475

三、气动一结构计算系统模块结构及组成478

第二节MSC.ADAMS软件与架构483

一、ADAMS软件介绍483

二、ADAMS软件基本架构483

三、ADAMS软件基本模块484

四、ADAMS输入输出文件486

五、ADAMS模型语言格式487

第三节 陆上水平轴风力机仿真490

一、风力机仿真环境490

二、仿真计算步骤492

第四节 变桨变速风力机模型塔架特性仿真分析496

一、塔架坐标系选取496

二、风载荷条件设定497

三、塔架位移特性497

第十章 海上风力机与海洋工程环境509

第一节 海上风电优势与发展现状509

一、海上风电优势509

二、海上风电现状510

第二节 海上风力机与陆上风力机主要区别512

一、外部特征明显区别512

二、载荷条件与结构设计显著区别513

第三节 海洋水动力理论基础518

一、海洋环境波浪载荷518

二、海洋水动力理论基础520

三、直立与截断柱体绕射速度势524

第四节Spar平台与系泊系统计算528

一、Spar平台静水恢复力计算528

二、Spar平台恢复力计算简化530

三、平台系泊系统计算531

第十一章 近海桩基式风力机设计与仿真536

第一节 近海桩基式风力机环境载荷536

一、风力机载荷536

二、波浪载荷537

三、海流载荷542

四、地震载荷542

第二节 近海风机结构-土动力学模型545

一、桩-土相互作用545

二、桩-土相互作用计算546

第三节 风与波浪联合作用下近海桩基式风力机551

一、近海风力机组系统载荷模型551

二、规则波浪仿真553

第四节 海上桩基式风力机仿真模型557

一、海上桩基式风力机557

二、海上风力机环境条件与载荷561

第五节 海上变桨变速风力机模型叶片特性仿真564

一、叶片坐标系选取564

二、不考虑波浪和海流载荷的叶片位移特性565

三、考虑波浪和海流特性的位移特性576

第十二章 深海漂浮式风力机计算与仿真578

第一节 深海漂浮式风力机研究及最新进展579

一、深海漂浮式风力机早期历史579

二、深海漂浮式风力机现状580

三、深海漂浮式风力机研究进展582

第二节 深海漂浮式风力机整机理论模型与静态分析585

一、深海漂浮式风力机整机理论模型585

二、水动力学修正理论模型586

三、浮体平台系统水动力分析589

第三节 平台的线性水动力模型系数594

一、耦合纵荡和纵摇分析594

二、垂荡分析596

三、纵荡运动597

第四节 深海漂浮式风力机的全耦合仿真模型598

一、深海漂浮式风力机全耦合仿真模型598

二、深海漂浮式风力机水动力学特性计算流程599

三、深海漂浮式风力机水动力学特性计算600

第五节 深海漂浮式风力机全耦合仿真分析605

一、风力机和支撑平台模型描述605

二、仿真分析工况说明607

三、仿真结果分析608