兆瓦級直驅(qū)風力發(fā)電機葉片外形優(yōu)化設計及其數(shù)值模擬分析.pdf

1、隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，導致各行各業(yè)對能源的需求量日益增長，同時也引起嚴重的環(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。風能因其潔凈、無污染、可再生等優(yōu)勢備受各國青睞，且風能儲量巨大，在利用的過程中不會造成任何的大氣污染。風力發(fā)電機是風能的主要利用形式，而葉片是風力發(fā)電機的核心部件之一，其設計的好壞將直接影響風力發(fā)電機的發(fā)電效率、安全性能及其壽命。特別是近年來大功率風電機組的

2、需求量不斷增加，其質(zhì)量的好壞直接影響著風電行業(yè)的經(jīng)濟效益。因此開展大型兆瓦級風力機葉片的外形設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)風力發(fā)電機葉片作為研究對象，進行了風輪葉片氣動外形的優(yōu)化設計、風輪氣動性能的計算以及風輪流場的數(shù)值模擬分析，研究了優(yōu)化設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，基于風力發(fā)電機葉片設計的空氣動力學基礎理論和風輪氣動性能計算，結(jié)合模擬退火的粒子群改進優(yōu)

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

4、論，利用MATLAB軟件和Pro/E軟件建立了風力機葉片的三維實體模型。
　　最后，針對風力機葉片的氣動特性以及葉片周圍流場的流動狀況進行了風輪周圍流場的數(shù)值模擬分析，分析了風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速下的葉片壓力；并且在流場分析的基礎之上，探究了流場作用下的預應力對風力機風輪動力特性的影響。通過分析葉片不同截面處的速度和壓強變化、不同來流風速下葉片的壓力云圖