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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