风力发电机风轮输出功率性能优化研究

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1、第34卷第3期计算机仿真2017年3月文章编号：1006—9348(2017)03—0110—04风力发电机风轮输出功率性能优化研究王旭东．夏洪均(重庆工商大学制造装备机构设计与控制重庆市重点实验室，重庆400067)摘要：针对风力机工作时叶片粗糙度引起风力机输出功率降低的问题，以动量一叶素理论为基础，充分考虑叶尖损失及风轮旋转效应的影响．建立了修正的风力机风轮空气动力学模型。通过耦合风力机翼型气动失速与修正的风轮空气动力学模型，在研究翼型表面光滑与粗糙条件下其气动性能特征基础上，提出了基于翼型表面粗糙度的风轮气动特性研究方法。以设计的2MW风轮为研究

2、对象，在额定风速和转速工况下，研究了翼型表面粗糙度对风轮诱导因子、人流攻角及载荷特征等气动性能参数的影响．对比分析了不同风速下翼型表面粗糙度对风轮输出功率及风能利用系数的影响关系。研究结果表明，叶片翼型表面光洁度能够有效地提高风力机输出功率性能。关键词：风力机风轮；粗糙敏感度；气动性能；输出功率中图分类号：THl28文献标识码：BOptimizationStudyontheOutputPowerandPerformanceofWindTurbineRotorWANGXu-dong，XIAHong-jun(ChongqingKeyLaboratoryof

3、ManufacturingEquipmentMechanismDesignandControl，ChongqingTechnologyandBusinessUniversity，Chongqing400067，China)ABSTRACT：Tosolvetheproblemofthereducedoutputpowercausedbybladeroughness，applyingthemomentumelementtheory，anaerodynamicmodelofwindturbineiscarriedoutconsideringbothrotat

4、ioneffectofrotorandtiplossofblades．Couplingtheroughnessperformanceofairfoilsandcorrectionaerodynamicmodelofrotor，theeffectofairfoilroughnessonaerodynamicperformanceofwindturbinerotorisinvestigated．Asanexample，one2MWwindturbinerotorischose．Consideringtheinfluenceofroughness，thein

5、ducingfactors，angleofattackandloadcharac-teristicsofthewindturbinerotorarecalculatedattheratedwindspeedandrotatingvelocity．Theoutputpowerandpowercoefficientoftherotorwiththecleanandroughairfoilsarecomparedanddiscussedatthedifferentwindspeeds．Theresultsshowthatthecleanwindturbine

6、bladesCanimprovetheoutputpowerofwindturbine．KEYWORDS：Windturbinerotor；Roughhesssensitivity；Aerodynamicperformance；Outputpower1引言风力机叶片在大气对流层下工作时，叶片表面容易受到粉尘污染、昆虫污染及风蚀而遭到破坏。从而使其表面变得粗糙。同时，叶片的制造误差也会造成翼型型线轮廓发生变化，增加翼型表面粗糙度。这些现象都会影响叶片翼型的气动性能，从而使得风力机的输出功率往往达不到设计功率的要求⋯。对于风力机叶片翼型表面粗糙度对其性能的

7、影响。国内基金项目：重庆市基础与前沿研究计划项目(cstc2016jcyjA0448)；重庆市教委科学技术研究项目(KJl600628)；制造装备机构设计与控制重庆市重点实验室开放基金项目(1556031)收稿日期：2016—10—13修回Et期：2016—10—23一110一外学者也做了一些研究。荷兰学者R．P．J．0．M．VanRooij等【2]针对DU系列的大厚度(相对厚度在25％到40％)风力机翼型，通过和其它系列翼型的比较，研究了大厚度翼型粗糙敏感度与其气动性能的关系。印度学者D．N．Srinath[3]等应用B—Splines曲线来控制叶片

8、翼型的形状．在一定雷诺数下的湍流场中，研究了翼型形状对翼型升力系数、阻力系数及升阻比等性能参数