小型水平轴风力机叶片参数优化与实验研究

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1、学校代码10530学号201510161712分类号TK83密级公开硕士学位论文小型水平轴风力机叶片参数优化与实验研究学位申请人孙松峰指导教师唐新姿学院名称机械工程学院学科专业工程硕士（机械工程领域）研究方向风力发电技术及其装备二〇一八年五月OptimizationofBladeParametersandExperimentalStudyofSmallHorizontalAxisWindTurbineCandidateSunSongfengSupervisorProf.TangXinziCollegeSchoolofMechanicalEngineeringProgramMechan

2、icalEngineeringSpecializationWindPowerGenerationTechnologyandEquipmentDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018摘要风力机发电技术是风能利用的主要方式，叶片是风力机获取风能主要部件，其气动性能的优劣直接影响风力机效率。小型风力机长期处于低风户外环境，自然不可控因素对风力机启动和功率输出性能造成严重影响。本文以小型水平轴风力机为研究对象，围绕小型风力机启动和功率输出问题，进行低风区域适用型风力机气动性能分析与优化设计，搭建实验平台

3、研究小型风力机叶片表面粗糙度对性能影响，开展采用涡流发生器改进性能的可行性实验研究，获取气动性能影响规律，为小型风力机设计与应用提供参考。本文主要内容如下：1．基于修正叶素动量理论建立风力机气动性能计算模型，分析叶尖损失对风力机气动性能的影响，编写小型风力机设计分析软件，分析叶片设计参数对风力机气动性能的影响，得出设计参数变化对风力机低风区域与高风速区域性能影响规律。2．考虑低风风资源特点，以设计攻角、设计叶尖速比以及叶片弦长扭角等参数为变量，以年发电量和启动转矩为优化目标，采用多目标优化算法，进行小型风力机叶片启动和功率输出性能优化设计；搭建室内风力机气动性能测试平台，验证所提出的

4、优化设计方法的可行性。3．基于自建实验平台分析不同厚度、位置叶片表面粗糙度对风力机启动和功率输出性能的影响，得到风力机叶片表面粗糙度对启动和功率输出性能影响规律。4．设计叶片涡流发生器，采用实验方法研究不同位置、尺寸以及成对间距的涡流发生器对小型风力机启动和功率输出性能的影响规律，并进行涡流发生器对降低叶片粗糙度敏感性的可行性实验研究。关键词：小型风力机；气动性能；优化设计；表面粗糙度；涡流发生器IAbstractWindturbinepowergenerationtechnologyisthemainwaytoutilizewindenergy.Thebladeisthemainc

5、omponentofthewindturbine,whichdirectlyaffectstheefficiencyofthewindturbine.Smallwindturbinesworkinlowwindspeedoutdoorenvironment.Naturaluncontrollablefactorshaveseriousimpactonthestart-upandpoweroutputperformanceofwindturbines.Takingasmall-scalehorizontalaxiswindturbineastheresearchobject,thisp

6、aperanalyzesandoptimizestheaerodynamicperformanceofthewindturbineforlowwindspeedarea.Consideringthestartupandpoweroutputproblemsofthesmallwindturbine，anexperimentalplatformwassetuptostudytheinfluenceofsurfaceroughnessontheperformanceofthebladeofasmallwindturbine.Thefeasibilityofusingvortexgener

7、atorstoimprovetheperformancewasinvestigated,theaerodynamicperformanceofthelawwasobtainedandthereferencetothedesignandapplicationofsmallwindturbinesisprovided.Themaincontentsofthispaperarefollows:1.Thecalculationmodelofwindturbinea