兆瓦級直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片外形優(yōu)化設(shè)計及其數(shù)值模擬分析.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，導(dǎo)致各行各業(yè)對能源的需求量日益增長，同時也引起嚴(yán)重的環(huán)境問題。面對能源短缺、環(huán)境污染等問題，迫使各國開始努力開發(fā)和利用清潔、可再生型能源。風(fēng)能因其潔凈、無污染、可再生等優(yōu)勢備受各國青睞，且風(fēng)能儲量巨大，在利用的過程中不會造成任何的大氣污染。風(fēng)力發(fā)電機(jī)是風(fēng)能的主要利用形式，而葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的核心部件之一，其設(shè)計的好壞將直接影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率、安全性能及其壽命。特別是近年來大功率風(fēng)電機(jī)組的

2、需求量不斷增加，其質(zhì)量的好壞直接影響著風(fēng)電行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此開展大型兆瓦級風(fēng)力機(jī)葉片的外形設(shè)計研究及其氣動性能分析顯得非常必要。
　　本文以1.5MW直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片作為研究對象，進(jìn)行了風(fēng)輪葉片氣動外形的優(yōu)化設(shè)計、風(fēng)輪氣動性能的計算以及風(fēng)輪流場的數(shù)值模擬分析，研究了優(yōu)化設(shè)計得出的葉片的氣動、動力特性。主要開展的研究內(nèi)容有：
　　首先，基于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片設(shè)計的空氣動力學(xué)基礎(chǔ)理論和風(fēng)輪氣動性能計算，結(jié)合模擬退火的粒子群改進(jìn)優(yōu)

3、化算法，推導(dǎo)并建立起葉片氣動外形參數(shù)設(shè)計的優(yōu)化模型；利用MATLAB軟件編制了風(fēng)力機(jī)葉片外形優(yōu)化設(shè)計的計算程序以及對計算后的葉片弦長、扭角進(jìn)行修正計算的程序。最終得到了既滿足實(shí)際加工制造要求，又具有最大風(fēng)能利用系數(shù)的風(fēng)力機(jī)葉片的各外形參數(shù)。
　　其次，基于動量-葉素理論，對優(yōu)化設(shè)計得到的風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行了風(fēng)輪氣動性能預(yù)估計算，并根據(jù)計算結(jié)果證明了所設(shè)計的葉片符合設(shè)計要求。再根據(jù)葉片修正后的外形參數(shù)和各截面翼型，結(jié)合翼型坐標(biāo)空間轉(zhuǎn)換理

4、論，利用MATLAB軟件和Pro/E軟件建立了風(fēng)力機(jī)葉片的三維實(shí)體模型。
　　最后，針對風(fēng)力機(jī)葉片的氣動特性以及葉片周圍流場的流動狀況進(jìn)行了風(fēng)輪周圍流場的數(shù)值模擬分析，分析了風(fēng)輪葉片在額定工況下沿葉展方向上的不同截面處的氣流流動狀況、不同截面處的壓力分布情況以及不同來流風(fēng)速下的葉片壓力；并且在流場分析的基礎(chǔ)之上，探究了流場作用下的預(yù)應(yīng)力對風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪動力特性的影響。通過分析葉片不同截面處的速度和壓強(qiáng)變化、不同來流風(fēng)速下葉片的壓力云圖