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