浅析大型风力机叶片气动外形及其运行特性设计优化

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1、学兔兔www.xuetutu.com第51卷第17期机械工程学报Vl01．51NO．172015年9月JOURNAL0FMECHANICALENGINEEGSep．2015DoI：10．3901／JME．2015．17．138大型风力机叶片气动外形及其运行特性设计优化木戴巨川赵尚红尹喜云刘德顺文泽军(湖南科技大学机电工程学院湘潭411201)摘要：大型风力机叶片气动外形设计时，不仅应考虑气动外形参数的优化，还应该考虑参数优化后的运行特性，才能为风力机实际控制提供依据。为此，提出一种叶片气动外形及其运

2、行特性设计优化方法。该方法首先建立叶片翼型分布、弦长分布和扭角分布等气动外形参数控制方程，基于叶素．动量理论分析各参数变化对风轮功率的影响。在满足额定功率条件下，以减小所需额定风速为目标进行优化求解，求解过程中考虑初始桨距角的影响。针对优化后的风轮，设计了风轮转矩．转速关系曲线，分析了风轮运行特性。最后，采用计算流体动力学方法佐证了设计结果的正确性。关键词：风力机；叶片气动外形；优化；叶素．动量理论；计算流体力学中图分类号：TK83DesignandOptimizationofAerodynamic

3、ShapeandOperatingCharacteristicsofLargeScaleWindTurbineBladeDAIJuchuanZHAOShanghongYINXiytmLIUDeshunWENZejun(SchoolofElectromechanicalEngineering，HunanUniversityofScienceandTechnology,Xiangtan411201)Abstract：Whendesigningtheaerodynamicshapeparameterofl

4、argescalewindturbineblade，boththeaerodynamicshapeparameteroptimizationandtheoperatingcharacteristicsshouldbeconsideredbecausetheoperatingcharacteristicsarethecontrolbasisforwindturbines．Anovelaerodynamicshapeandoperatingcharacteristicoptimizationdesign

5、methodforthebladeisproposed．Thecontrolequationsofairfoildistribution，chordlengthdistributionandtwistangledistributionareconstructed．Theinfluencesofvariousparametersonthewindrotorpowerareanalyzedbasedonthebladeelementmomentumtheory(BEM)．Theoptimizationt

6、argetistoreducetheratedwindspeedwhiletheratedpowerisconstant．Intheoptimizationprocess，theinfluenceoftheinitialpitchangleisconsidered．Aimingattheoptimizedwindrotor,therelationshipcurvebetweenthetorqueandtherotationalspeedisdesigned，therurmingcharacteris

7、ticsareanalyzed．Finally,thecorrectnessofthedesignresultsisverifiedbyusingthecomputationalfluiddynamics(CFD)．Keywords：windturbines；bladeaerodynamicshape；optimization；bladeelementmomenmmtheory；computationalfluiddynamics多种风力机气动分析与设计的有效方法，如叶素一0前言动量理论(Blade

8、elementmomentum，BEM)J，动态入流理论以及计算流体动力学理论风力机叶片气动外形决定了风力机风能的捕(Computationalfluiddynamics，CFD)TM等。基于这些获效率，是风力机叶片设计的主要内容。叶片气动理论，开展了大量的叶片外形设计研究，如M外形设计借鉴飞机机翼理论而来，通常根据风力机等【q利用叶素一动量理论和参数分布经验模型进行设计功率和风电场风资源情况，选择合适翼型或设了3MW风力机叶片设计，然后采用CFD方法对设计专用翼型，