風(fēng)力發(fā)電機葉片優(yōu)化設(shè)計方法研究.pdf

1、面對迫在眉睫的能源和環(huán)境危機，作為當(dāng)前可再生能源技術(shù)中，相對成熟并同時具備商業(yè)開發(fā)和規(guī)模發(fā)展的一種清潔能源—風(fēng)能，它的利用方式和發(fā)電技術(shù)的發(fā)展受到世界各國越來越多的關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電機是風(fēng)能利用的核心，水平軸風(fēng)力發(fā)電機是風(fēng)力發(fā)電機主要類型之一。葉片是水平軸風(fēng)力發(fā)電機的關(guān)鍵部件，風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)能利用效率與葉片形狀密切相關(guān)，所以葉片的設(shè)計與優(yōu)化是風(fēng)力發(fā)電機設(shè)計制造中的重要工作內(nèi)容。
　　論文分析了國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機葉片研究現(xiàn)狀、風(fēng)力發(fā)電機葉

2、片設(shè)計理論和方法以及葉片轉(zhuǎn)矩、風(fēng)能利用系數(shù)、受力系數(shù)等計算方法。論文根據(jù)葉素動量理論建立了風(fēng)力發(fā)電機葉片氣動計算模型，針對400KW風(fēng)力發(fā)電機葉片，使用Matlab語言編制了葉片氣動性能計算程序，計算得到葉片的效率值。綜合葉片翼型厚度變化影響和變槳距設(shè)計要求，提出了一種新的葉片優(yōu)化設(shè)計方法，使用Matlab工具基于葉素-動量理論開發(fā)的優(yōu)化設(shè)計程序，以提高風(fēng)力發(fā)電機葉片年平均風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率為優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)，以翼型相對厚度和槳距角為設(shè)計變量，利

3、用遺傳算法，對葉片形狀和尺寸進行多參數(shù)優(yōu)化設(shè)計。
　　論文提出的一種新的大型風(fēng)力發(fā)電機葉片設(shè)計方法，包含四個階段:第一階段是葉片翼型氣動系數(shù)的獲取，通過naca、Xfoil和AirfoilPrep三個軟件有機結(jié)合得到攻角區(qū)間在-180°～180°內(nèi)的翼型氣動系數(shù);第二階段是葉片基本參數(shù)的設(shè)定，通過風(fēng)力發(fā)電機葉片設(shè)計理論計算得到風(fēng)力發(fā)電機的功率、風(fēng)輪直徑、葉尖速比、葉片數(shù)、實度等;第三階段是采用Wilson法得到初步設(shè)計的葉片，通過

4、Matlab編寫葉片效率的計算方法程序，進行初始葉片截面弦長和扭角的計算，從而得到初始葉片的效率值;第四階段是得到優(yōu)化后的兩組葉片，基于Wilson方法設(shè)計結(jié)果，利用遺傳算法，在個體適應(yīng)度計算時考慮葉片沿展向的相對厚度的變化，得到優(yōu)化后的葉片參數(shù);最后綜合考慮葉片厚度相對于槳距角發(fā)生變化的情況下，再對葉片進行優(yōu)化，得到進一步優(yōu)化的葉片參數(shù)。
　　仿真結(jié)果表明，在不同的風(fēng)速下，通過論文提出的優(yōu)化方法得到的葉片，比原有葉片的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效