大型风力机叶片气动外形优化设计.pdf

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1、万方数据大型风力机叶片气动外形优化设计学位类型学科(专业学位类别)作者姓名作者学号导师姓名及职称实践导师姓名及职称学院名称论文提。交日期学位授予单位学术型学位机械工程赵尚红11010303011尹喜云教授戴巨川副教授龙辛高级工程师机电工程学院2014年5月湖南科技大学万方数据AerodynamicShapeOptimizationDesignofLargeScaleWindTurbineBlade7rypeofDegree△Q垦亟曼堡i璺坠曼g￡曼曼Discipline丛曼璺h垒坠i鱼垒!星坠gi坠星曼!i坠gCandidate圣鱼垦Q曼坠垒垒ghQ坠gSt

2、udentNumber110103030l1SupervisorandProfessionalTitle堑坠XiY堕坠(里￡Q＆璺墨Q!)Q垒ii丛璺h坠垒垒(△墨墨Q殳i垒±星里!Q鱼墨墨Q!】PracticeMentorandProfessionalTitleLongXin(SeniorEngineer)．SchoolSQhQQ!Q￡旦!曼曼!!Q墅垒曼曼塾垒坠i殳垒!．垦塾gi堕曼曼!i里gUniversityli坠鹜垒垒婪坠iY垒￡墨i鲤Q￡墨鱼i星垒垒曼亟坠鱼!曼Qh坠Q!QgY万方数据学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导

3、下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外。本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：勉齑红日期：沙舛占月，／日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文

4、按学校规定处理。作者签名：赵扭杪导师签名：7乞易日期：p旃f月t／日日期：纱幽拜Z月，／日万方数据摘要叶片是风力机的核心部件，其成本约占整机成本的20％。叶片的气动外形直接影响风力机的风能捕获能力，在风力机整机设计中占有重要地位。我国在叶片气动设计方面的研究尚少。因此，开展风力机叶片外形设计的研究，对我国的风电产业的发展具有积极的意义。本文重点研究风力机叶片的气动外形设计，所开展的主要工作如下：介绍风力机叶片的基本理论，即动量理论、叶素理论、叶素一动量(BEM)理论；叶片基本气动外形设计方法，即葛劳渥(Glauert)方法和维尔森(Wilson)方法。引入维

5、尔森方法经验公式对轴向诱导因子进行修正，基于BEM理论编写风轮功率计算的MATLAB程序。针对叶片气动外形设计提出一种新的思路：基于叶片的初始设计参数，用二次函数来控制叶片的弦长和扭角沿其展向的分布，建立翼型分布的参数化表达式，对相应的变量进行优化以获得设计结果。以某2MW叶片为例，研究了弦长、扭角及翼型对风轮功率的影响，优化后额定风速下降至10．35m／s，下降了5．9％；风速为llm／s时风轮的功率为2．368MW，比优化前提高了18．4％。该方法可缩短设计周期，提高设计质量。对优化所得风轮运行特性进行分析，研究风速和转速、风速与叶片桨距角、风速与风轮功

6、率的关系。根据优化所得叶片外形参数，应用Pro／E软件构建叶片实体模型，在软件Gambit中对风轮流场模型划分网格和设置边界条件。在软件Fluent中采用SIMPLE算法，选择标准k—s湍流模型，对风轮流场模型进行数值仿真，得到了流场速度矢量图、压力云图以及空气流动迹线图。风轮截取区域直径为16m、20m和28m的三组功率CFD仿真值与BEM理论设计值相比，误差分别为1．7％、5．9％和6．9％，可以预测整风轮功率的仿真值与设计相符，从而验证本文设计思路的正确性。关键词：风力机叶片；设计方法；参数优化；CFD仿真万方数据AbstractThebladelSt

7、hecorecomponentofwindturbinewhichaccountsforabout20％ofthewholecost．Theaerodynamicshapeofthebladedirectlyaffectstheabilityofwindenergycaptureofthewindturbine，anditplaysanimportantroleinthedesignofwindturbinemachine．Thestudyonaerodynamicshapedesignofthebladeisstilllessinourcountry．Th

8、erefore，theresearchwillhav