Nomenclature 11 Introduction 51.1 W

Nomenclature 1
1 Introduction 5
1.1 Wind Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3 Goal of the thesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4 Outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2 Literature review 13
2.1 Literature Review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.1 Aeroelastic Instability in Airplanes . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.1.1 Historic Approaches to Predict Aeroelastic Instabilities
in Airplanes . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.1.2 Instability Prediction for Airplanes . . . . . . . . . 16
2.1.2 Aeroelasticity Instabilities in Wind Turbines . . . . . . . . 18
2.1.3 State of Art - Aeroelastic Codes for Wind Turbines Instabilities
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2 Multibody and Finite Element Method . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3 The Finite Element Approach for Aeroelastic Instability Prediction 29
3.1 Formulation of the Structural Model . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.1.1 The Finite Element Method for Structural Components
(FEM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.1.2 Generalized Body Forces in a Non-Inertial Reference Frame 31
3.1.3 Mass, Damping and Stiffness Matrices for Forces due Accelerations
in a Non-Inertial Frame . . . . . . . . . . . . . . 34
3.1.4 Coupling the Generalized Body Forces to the FEM Method 36
3.2 Formulation of the Aerodynamic Model . . . . . . . . . . . . . . . 39
i
ii CONTENTS
3.2.1 Aerodynamic Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2.1.1 Basis of the Aerodynamic Model: The Theodorsen
Solution for a Flat Plate . . . . . . . . . . . . 39
3.2.1.2 Drag Model for the Theodorsen Solution . . . . . 41
3.2.1.3 The Aerodynamic Model used in this Thesis . . . 41
3.2.2 The Finite Element Method applied to the Aerodynamic
Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2.2.1 The Basis idea: Minimization of the Aerodynamic
Energy Functional . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2.2.2 Variables Definition of the Aerodynamic Element 49
3.2.2.3 Deduction of the Aerodynamic Element Matrices . 50
3.2.2.4 Assembling of Global Aerodynamic Matrices . . . 66
3.2.2.5 A Non True Finite Element Matrices for the Aerodynamic
Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.3 Integration of the Structural & Aerodynamic Models . . . . . . . . 69
3.3.1 Complete Formulation of the Aeroelastic Method . . . . . . 69
3.3.2 Methodology to find the First Unstable Operational Point . 70
3.4 Implementation of the Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4 Verification of the Method 81
4.1 Finite element model for the 5MW Reference Wind Turbine . . . . 82
4.1.1 Tower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.1.2 Hub and Nacelle Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.1.3 Blades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.1.4 Boundary Conditions and Connection between the Blades,
Nacelle, Hub and Tower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.1.5 Pitch, Rotational and Wind Speed Control Curves . . . . . 86
4.1.6 Parametric Model in PATRAN . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.1.7 Model summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.1.8 Simple Model for Stability Analysis . . . . . . . . . . . . . 89
4.2 Unstable Operational Points for the 5MW Wind Turbine . . . . . 92
4.2.1 Static Unstable Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.2.2 Dynamic Unstable Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5 Application: Analysis of a 20MW Wind Turbine 95
5.1 Upscaling process of the 5 MW NREL wind turbine to an optimum
20MW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.2 Finite Element Model for the 20MW Reference Wind Turbine . . . 96
5.2.1 Tower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
5.2.2 Hub and Nacelle Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.2.3 Blades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
5.2.4 Boundary conditions and connection between the blades,
nacelle, hub and tower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
CONTENTS iii
5.2.5 Pitch, Rotational and Wind Speed Control Curves . . . . . 101
5.2.6 Parametric Model in PATRAN . . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.2.7 Model summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
5.3 Unstable Operational Scenarios for the 20MW Wind Turbine . . . 104
5.3.1 Static Unstable Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5.3.2 Dynamic Unstable Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
6 Conclusions and Recommendations 107
6.1 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
6.2 Recommendations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
A Appendix I: Blade layout for the 5MW Wind Turbine

Kết quả (Việt) 1:

Danh pháp 11 giới thiệu 51.1 Wind Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.3 mục tiêu của luận án............................ 91.4 Outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9Xem xét 2 văn học 132.1 văn học Review........................... 132.1.1 Aeroelastic sự bất ổn trong máy bay.............. 142.1.1.1 phương pháp tiếp cận lịch sử để dự đoán Aeroelastic Instabilitiestrong máy bay................. 142.1.1.2 sự bất ổn định dự đoán cho máy bay....... . 162.1.2 Aeroelasticity Instabilities trong tua bin gió....... 182.1.3 nhà nước của nghệ thuật - Aeroelastic mã hóa cho tua bin gió Instabilities. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.2 phương pháp phần tử hữu hạn và multibody............... . 243 các phương pháp phần tử hữu hạn đối với dự báo sự mất ổn định Aeroelastic 293.1 công thức của mô hình cấu trúc................. 303.1.1 phương pháp phần tử hữu hạn cho thành phần cấu trúc(FEM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.1.2 lực lượng cơ thể tổng quát trong một khung tham chiếu không quán tính 313.1.3 khối lượng, dao và độ cứng ma trận cho quân do tăng tốctrong một phòng không - quán tính khung.............. 343.1.4 khớp nối các lực lượng cơ thể tổng quát cho phương pháp FEM 363.2 xây dựng của các mô hình khí động học............... 39tôinội dung II3.2.1 khí động học mô hình...................... 393.2.1.1 cơ sở của các mô hình khí động học: TheodorsenGiải pháp cho một tấm phẳng............ 393.2.1.2 kéo mô hình cho các giải pháp Theodorsen.... 413.2.1.3 các mô hình khí động học được sử dụng trong luận án này... 413.2.2 phương pháp phần tử hữu hạn áp dụng cho AerodynamicModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453.2.2.1 ý tưởng cơ sở: giảm thiểu AerodynamicNăng lượng chức năng Hider 453.2.2.2 biến định nghĩa của các yếu tố khí động học 493.2.2.3 khoản khấu trừ ma trận các yếu tố khí động học. 503.2.2.4 lắp ráp của ma trận khí động học toàn cầu... 663.2.2.5 một ma trận phần tử hữu hạn phòng không đúng cho các khí động họcModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683.3 hội nhập của các mô hình cấu trúc & khí động học....... 693.3.1 hoàn thành xây dựng của phương pháp Aeroelastic...... 693.3.2 các phương pháp để tìm Unstable Operational điểm đầu tiên. 703.4 thực hiện phương pháp........ 784 giấy xác nhận của phương pháp 814.1 phần tử hữu hạn các mô hình cho tua bin gió tham khảo 5MW.... 824.1.1 Tower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 824.1.2 Trung tâm và vỏ mô hình........ 834.1.3 Blades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 844.1.4 điều kiện biên và các kết nối giữa các cánh hoa,Vỏ, Trung tâm và tháp........ 844.1.5 pitch, quay và gió tốc độ kiểm soát đường cong.... 864.1.6 tham số mô hình trong PATTRAN............... . 864.1.7 mô hình tóm tắt........................ 884.1.8 đơn giản mô hình cho sự ổn định phân tích............. 894.2 không ổn định điểm hoạt động cho các tua bin gió 5MW.... 924.2.1 tĩnh không ổn định điểm..................... 924.2.2 năng động không ổn định điểm................... 935 ứng dụng: phân tích của một 20MW gió tuabin 955.1 upscaling trình 5 MW NREL tua bin gió để một tối ưu20MW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 955.2 phần tử hữu hạn các mô hình cho tua bin gió tham khảo 20MW... 965.2.1 Tower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 965.2.2 Trung tâm và vỏ mô hình........ 975.2.3 Blades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 985.2.4 điều kiện biên và các kết nối giữa các cánh hoa,vỏ, Trung tâm và tháp..................... 98Nội dung iii5.2.5 pitch, quay và gió tốc độ kiểm soát đường cong.... 1015.2.6 tham số mô hình trong PATTRAN............... . 1015.2.7 mô hình tóm tắt........................ 1025.3 không ổn định hoạt động kịch bản cho các tua bin gió 20MW... 1045.3.1 tĩnh không ổn định điểm..................... 1045.3.2 năng động không ổn định điểm................... 1056 kết luận và khuyến nghị 1076.1 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1076.2 khuyến nghị........................... 109Một phụ lục I: Blade bố trí cho các tua bin gió 5MW

Kết quả (Việt) 2:

Danh pháp 1
1 Giới thiệu 5
1.1 Năng lượng gió. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Động viên. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3 Mục tiêu của luận văn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4 Outline. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2 tài liệu nghiên cứu 13
2.1 Xem xét tài liệu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.1 Tình hình bất ổn Aeroelastic trong Máy bay. . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.1.1 Phương pháp tiếp cận lịch sử để dự đoán Aeroelastic bất ổn
trong Máy bay. . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.1.2 Tình hình bất ổn Dự đoán cho Máy bay. . . . . . . . . 16
2.1.2 Aeroelasticity bất ổn trong tuabin gió. . . . . . . . 18
2.1.3 Nhà nước của nghệ thuật - Mã Aeroelastic cho tuabin gió bất ổn
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2 Multibody và phần tử hữu hạn Phương pháp. . . . . . . . . . . . . . . . 24
3 Phương pháp phần tử hữu hạn cho Aeroelastic Bất ổn Dự đoán 29
3.1 Xây dựng mô hình cấu. . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.1.1 Phương pháp phần tử hữu hạn cho cấu Components
(FEM). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.1.2 Generalized Lực lượng cơ thể trong một khung Non-Inertial Reference 31
3.1.3 Lễ, Damping và cứng khớp Ma trận cho lực lượng do gia tốc
trong một khung Non-Inertial. . . . . . . . . . . . . . 34
3.1.4 Coupling Lực lượng cơ thể tổng quát đến FEM Phương pháp 36
3.2 Xây dựng mô hình khí động học. . . . . . . . . . . . . . . 39
i
ii NỘI DUNG
3.2.1 khí động học Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2.1.1 Cơ sở của mô hình khí động học: Các Theodorsen
Giải pháp cho một tấm phẳng. . . . . . . . . . . . 39
3.2.1.2 Kéo Model cho các giải pháp Theodorsen. . . . . 41
3.2.1.3 Các mô hình khí động học được sử dụng trong luận văn này. . . 41
3.2.2 Các phần tử hữu hạn Phương pháp áp dụng cho khí động học
Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2.2.1 Các ý tưởng cơ bản: Giảm thiểu các khí động học
Năng lượng chức năng. . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2.2.2 Các biến Định nghĩa về khí động học phần tử 49
3.2.2.3 Khấu trừ các phần tử khí động học Ma trận. 50
3.2.2.4 Lắp toàn cầu khí động học Ma trận. . . 66
3.2.2.5 A Non Đúng phần tử hữu hạn Ma trận cho khí động học
Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.3 Tích hợp các cấu khí động học & Models. . . . . . . . 69
3.3.1 Xây dựng hoàn chỉnh các phương pháp Aeroelastic. . . . . . 69
3.3.2 Phương pháp luận để tìm ra First Point hoạt động không ổn định. 70
3.4 Thực hiện các phương pháp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4 Xác nhận của phương pháp 81
4.1 mô hình phần tử hữu hạn đối với các tuabin 5mW Reference Wind. . . . 82
4.1.1 Tower. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.1.2 Hub và vỏ bọc động cơ Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.1.3 Blades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.1.4 Boundary Conditions và kết nối giữa các Blades,
vỏ bọc động cơ, Hub và Tower. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.1.5 Pitch, quay và gió Điều khiển tốc độ Curves. . . . . 86
4.1.6 Parametric Model trong PATRAN. . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.1.7 Mô hình tóm tắt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.1.8 Simple mẫu cho Stability Analysis. . . . . . . . . . . . . 89
4.2 Điểm hoạt động không ổn định cho các tua bin gió 5mW. . . . . 92
4.2.1 Static điểm không ổn định. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.2.2 Năng động, các điểm không ổn định. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5 Ứng dụng: Phân tích một Turbine gió 20MW 95
5.1 Upscaling trình của 5 MW NREL tuabin gió để tối ưu một
20MW. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.2 Mô hình phần tử hữu hạn cho các tua bin gió 20MW tham khảo. . . 96
5.2.1 Tower. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
5.2.2 Hub và vỏ bọc động cơ Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.2.3 Blades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
5.2.4 Các điều kiện biên và kết nối giữa các cánh quạt,
vỏ bọc động cơ, trung tâm và tháp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
LỤC iii
5.2.5 Pitch, quay và gió Điều khiển tốc độ Curves. . . . . 101
5.2.6 Parametric Model trong PATRAN. . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.2.7 Mô hình tóm tắt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
5.3 Các kịch bản hoạt động không ổn định cho các tua bin gió 20MW. . . 104
5.3.1 Static điểm không ổn định. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5.3.2 Năng động, các điểm không ổn định. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
6 Kết luận và kiến nghị 107
6.1 Kết luận. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
6.2 Khuyến nghị. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
A Phụ lục I: Blade bố trí cho các tua bin gió 5mW