風(fēng)力機(jī)葉片幾何設(shè)計與空氣動力學(xué)仿真.pdf

1、面對日益增長的能源需求和環(huán)保方面的壓力，世界各國都在加大新能源的開發(fā)力度。風(fēng)能是可再生能源中最具代表性的一種，它對保護(hù)環(huán)境、維持生態(tài)平衡、減少對常規(guī)能源依賴和改善能源結(jié)構(gòu)都有重要意義。水平軸風(fēng)力機(jī)是風(fēng)能利用最主要的形式，其關(guān)鍵部件又是葉片。自風(fēng)力機(jī)被廣泛使用以來，葉片的外形設(shè)計和氣動特性就一直受到人們的關(guān)注。葉片的外形決定風(fēng)輪的轉(zhuǎn)換效率，因而葉片外形設(shè)計在風(fēng)力機(jī)設(shè)計中占有舉足輕重的地位。由于涉及到技術(shù)保密，國外知名葉片生產(chǎn)商都不對外公開

2、其設(shè)計方法；同時考慮到我國目前對風(fēng)輪氣動性能的研究尚少。因此很有必要研究風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計技術(shù)，這些工作對于我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，掌握自主知識產(chǎn)權(quán)的葉片設(shè)計技術(shù)具有積極意義。 本文重點研究1.5MW風(fēng)力機(jī)的葉片設(shè)計和空氣動力學(xué)性能，所開展的主要工作包括： 首先，研究了風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計的四個基本理論和Wilson方法，以動量理論、葉素理論等基本理論為基礎(chǔ)，結(jié)合Wilson優(yōu)化設(shè)計方法推導(dǎo)出風(fēng)力機(jī)葉片優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型，并以MAT

3、LAB語言為工具編寫葉片設(shè)計的計算程序；為便于葉片加工制造，又對葉片扭角和弦長進(jìn)行線性化修正，輸出各參數(shù)的計算結(jié)果。 其次，結(jié)合坐標(biāo)變換原理，運(yùn)用MATLAB的矩陣運(yùn)算功能，對葉片翼型上各離散點數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到各離散點空間坐標(biāo)。基于UG的自由曲面造型功能，采用三次B樣條擬合方式繪制葉片各截面的空間樣條曲線，建立風(fēng)力機(jī)葉片的實體三維模型，并且在專門的網(wǎng)格劃分軟件Gambit中對風(fēng)輪三維流場模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分和邊界條件設(shè)置。