大型水平軸風力機葉片氣動優(yōu)化設計及氣動載荷分析.pdf

1、風能作為一種重要的清潔可再生能源，已得到世界各國的廣泛重視。水平軸風力機是現(xiàn)代大型風電機組的主流機型。隨著風電機組的容量和葉片尺寸的不斷增大，葉片外形和結構更加復雜，使葉片設計技術顯得尤為重要。在此背景下，本論文針對風力機葉片氣動設計及氣動載荷展開研究。主要研究包括:
　　 (1)依據(jù)有限葉片數(shù)的漩渦氣動模型，建立一種確定水平軸風力機風輪氣動性能的計算方法，對該計算方法中出現(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編制計算程序，并將計算的氣動性能參數(shù)與傳統(tǒng)的計算方法計算結果進行對比分析，結果顯示本氣動性能計算方法的有效性，為風力機葉片優(yōu)化設計奠定基礎;
　　 (2)對定槳距風力機葉片氣動外形進行優(yōu)化設計，在變環(huán)量氣動計算理論的基礎上，采用不恒定設計攻角處理，根據(jù)相對葉片的真實來流速度，考慮風場風速的概率分布，建立以年發(fā)電量最大為設計目標，葉片弦長和扭角為設計變量的優(yōu)化設計數(shù)學模型，利用改進的粒子群算法對1.3MW定槳距

3、風力機葉片進行氣動外形優(yōu)化設計。通過與同功率的風力機葉片比較可得出:兩種葉片的弦長、扭角、相對厚度等外形參數(shù)分布基本一致，優(yōu)化設計葉片組成的風力機具有更好的氣動性能。而且，本文采用的改進的粒子群算法保證了設計結果為全局最優(yōu)解;
　　 (3)針對風力機上最復雜的載荷源—氣動載荷，進行分析計算。首先采用修正的條帶理論對穩(wěn)定均勻氣流作用于垂直風輪盤面情況下的氣動載荷進行計算，提出一種考慮尾渦影響的葉片氣動載荷計算方法，并在同樣工況下比

4、較兩種方法的計算結果，得出兩種計算方法所得曲線趨于一致的結論，說明了本文提出的氣動載荷計算方法的正確性;然后提出考慮風力機幾何條件的一種水平軸風力機葉片氣動載荷計算方法，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力機葉片氣動載荷計算模型，并給出在風剪切和塔影效應作用下的風速及氣動載荷變化情況，得出在對水平軸風力機葉片氣動載荷分析時，應該考慮偏航角、錐度角、槳距角及不同風的狀態(tài)，例如風剪切、塔影效應等綜合影響的結