大型水平軸風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及氣動(dòng)載荷分析.pdf

1、風(fēng)能作為一種重要的清潔可再生能源，已得到世界各國(guó)的廣泛重視。水平軸風(fēng)力機(jī)是現(xiàn)代大型風(fēng)電機(jī)組的主流機(jī)型。隨著風(fēng)電機(jī)組的容量和葉片尺寸的不斷增大，葉片外形和結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，使葉片設(shè)計(jì)技術(shù)顯得尤為重要。在此背景下，本論文針對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)設(shè)計(jì)及氣動(dòng)載荷展開研究。主要研究包括:
　　 (1)依據(jù)有限葉片數(shù)的漩渦氣動(dòng)模型，建立一種確定水平軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪氣動(dòng)性能的計(jì)算方法，對(duì)該計(jì)算方法中出現(xiàn)的環(huán)量分布的積分—微分方程，采用牛頓插值數(shù)組化的數(shù)值解

2、法，利用MATLAB編制計(jì)算程序，并將計(jì)算的氣動(dòng)性能參數(shù)與傳統(tǒng)的計(jì)算方法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果顯示本氣動(dòng)性能計(jì)算方法的有效性，為風(fēng)力機(jī)葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ);
　　 (2)對(duì)定槳距風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)外形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在變環(huán)量氣動(dòng)計(jì)算理論的基礎(chǔ)上，采用不恒定設(shè)計(jì)攻角處理，根據(jù)相對(duì)葉片的真實(shí)來(lái)流速度，考慮風(fēng)場(chǎng)風(fēng)速的概率分布，建立以年發(fā)電量最大為設(shè)計(jì)目標(biāo)，葉片弦長(zhǎng)和扭角為設(shè)計(jì)變量的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，利用改進(jìn)的粒子群算法對(duì)1.3MW定槳距

3、風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行氣動(dòng)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)與同功率的風(fēng)力機(jī)葉片比較可得出:兩種葉片的弦長(zhǎng)、扭角、相對(duì)厚度等外形參數(shù)分布基本一致，優(yōu)化設(shè)計(jì)葉片組成的風(fēng)力機(jī)具有更好的氣動(dòng)性能。而且，本文采用的改進(jìn)的粒子群算法保證了設(shè)計(jì)結(jié)果為全局最優(yōu)解;
　　 (3)針對(duì)風(fēng)力機(jī)上最復(fù)雜的載荷源—?dú)鈩?dòng)載荷，進(jìn)行分析計(jì)算。首先采用修正的條帶理論對(duì)穩(wěn)定均勻氣流作用于垂直風(fēng)輪盤面情況下的氣動(dòng)載荷進(jìn)行計(jì)算，提出一種考慮尾渦影響的葉片氣動(dòng)載荷計(jì)算方法，并在同樣工況下比

4、較兩種方法的計(jì)算結(jié)果，得出兩種計(jì)算方法所得曲線趨于一致的結(jié)論，說(shuō)明了本文提出的氣動(dòng)載荷計(jì)算方法的正確性;然后提出考慮風(fēng)力機(jī)幾何條件的一種水平軸風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)載荷計(jì)算方法，并分析出不同的影響因素所產(chǎn)生的效果;最后提出了考慮入流條件的水平軸風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)載荷計(jì)算模型，并給出在風(fēng)剪切和塔影效應(yīng)作用下的風(fēng)速及氣動(dòng)載荷變化情況，得出在對(duì)水平軸風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)載荷分析時(shí)，應(yīng)該考慮偏航角、錐度角、槳距角及不同風(fēng)的狀態(tài)，例如風(fēng)剪切、塔影效應(yīng)等綜合影響的結(jié)