100﹢kW水平轴风力机叶片气动性能分析

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1、文章编号：２０９５－１２４８（２０１７）０３－００２６－０６１００kW水平轴风力机叶片气动性能分析朱建勇，田泽（沈阳航空航天大学航空航天工程学部（院），沈阳１１０１３６）摘要：基于改进的动量－叶素理论，优化设计了１００kW水平轴风力机风轮叶片气动外形，对风轮的气动性能进行计算，并且给出叶片稳态运转载荷和极端风况下动态载荷，作为结构设计和强度校核的依据。计算分析表明：当来流速度达９.８m／s时，风力机的输出轴功率可达１１０kW，满足设计指标要求，当尖速比为７.０－１１.４的风能利用系数均在０.４５以上，且最大风能利用系数为０.４９５８，具有较好的气动性能；相对于正常工况下的稳

2、态运转载荷，其它极端风况下的动态载荷显著增大。关键词：风能；水平轴风力机；叶片；动量－叶素理论；气动性能；气动载荷中图分类号：V２１１文献标志码：AF０７doi：１０.３９６９／j.issn.２０９５－１２４８.２０１７.０３.００３Analysisonaerodynamicperformanceof100kWhorizontalaxiswindturbinZHUJian-yong，TIANZe（FacultyofAerospaceEngineering，ShenyangAerospaceUniversity，Shenyang１１０１３６，China）Abstract：Ba

3、sedonimprovedmomentum-bladeelementtheory，theaerodynamicconfigurationdesignofhorizontalaxisforawindturbinebladewithratedpowerof１００kWwasoptimized.Theaerodynamicper-formanceofthewindrotorwascalculated.Asteadyaerodynamicloadundernormaloperatingconditionandadynamicaerodynamicloadunderextremeope

4、ratingconditionwasproposedasareferencebasisofstruc-turedesignandstrengthcheck.Theanalysisresultsshowthatwhenthewindspeedis９.８m／s，theshaftpowerofwindturbineisupto１１０kW，achievingthepurposeofthedesign.Whenthebladetipspeedratiovariesfrom７.０to１１.４，thepowercoefficientisallabove０.４６，andthemaximum

5、valueis０.４９５８，indica-tingapreferableaerodynamicperformance.Comparedwiththesteadyaerodynamicloadundernormalopera-tioncondition，thedynamicaerodynamicloadunderextremeoperationconditionincreasesremarkably.Keywords：windenergy；horizontalaxiswindturbine；blade；momentum-bladeelementtheory；aerodynam

6、icperformance；aerodynamicload能源与环境问题日益突出，积极利用可再生发电机组的风能利用效率和气动载荷，很大程度能源是解决这一问题的有效途径。风力发电已经上决定了风力发电机组的可靠性和风能利用的经成为目前新能源应用中最成熟的技术［１－２］。济性［３］。气动性能计算是风力机设计和校核中风力机是风能转换为机械能的装置，风力机的重要环节，其计算结果的准确度直接影响风力叶片是风力机中核心的部件，它直接关系到风力机叶片外形优化设计的优劣；风力机叶片强度、刚收稿日期：２０１７－０４－２８作者简介：朱建勇（１９８７－），男，讲师，博士研究生，主要研究方向：风力机

7、叶片的气动外形设计、非定常风况风力机气动特性风洞实验研究，E-mail：michellend＠１２６.com。第３期朱建勇，等：１００kW水平轴风力机叶片气动性能分析２７度以及稳定性的校核需要气动性能的计算结果作主要的计算公式为［１３－１４］２（为其原始输入数据，准确的气动性能计算能够使dCP＝４（１－α）α′Fλ１）校核结果更可信。２α′（１＋α′）λ＝α（１－αF）（２）目前，评估风轮气动特性的方法包括基于动其中，λ为当地尖速比，φ为当地入流角，F为叶量－叶素理论的理论计算、基于有限体积法的数尖和轮毂总的损失系