风电机叶片外形参数的逆向优化方法研究-论文.pdf

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1、机械设计与制造第2期232MachineryDesign&Manufacture2014年2月风电机叶片外形参数的逆向优化方法研究张水明，程珩。(1．新型传感器与智能控制教育部重点实验室，山西太原030024；2．太原理T大学机械电子工程研究所，山西太原030024)摘要：针对风电机组叶片结构正向设计中的参数不容易收敛、气动特性沿叶展分布难以确定的问题，以气体动力学的叶素动量理论为基础得到叶片弦长、扭角的简化设计方法，然后以叶素升力系数和功率系数最大为优化目标，采用牛顿切线迭代法，提出了叶片外形参数的逆向优化设计模

2、型。并在此基础上对1．5MW直驱风电机组叶片建立算法模型，对其弦长、扭角进行逆向迭代设计，结果证明该优化设计方法对叶片吸收风能效率有了较为显著的提高，同时也避免了正向设计中出现的参数不收敛的问题。关键词：风电机叶片；气动参数；叶素动量理论；逆向设计；牛顿法中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1001—3997(2014)02—0232—04Reverse0ptimizationDesignofBladeForWindTurbineZHANGShui—ming．-．CHENGHang，(1．KeyLabora

3、toryofAdvancedTransducersandIntelligentControlSystems，MinistryofEducationChina，ShanxiTaiyuan030024，China；2．ResearchInstituteofMechatronicsEngineering，TaiyuanUniversityofTechnology，ShanxiTaiyuan030024，China)Abstract：Inthelightoftheparameter’Sunconvergenceandune

4、asy—determinedaerod?namiccharacteristicsalongthespanwisedistribution，itadoptssimplifieddesignmethodofbladebasedonthebladeelementmomentumtheorytogettheinitialchordandtotsionangles．Thenthemve~edesignoptimizationalgorithmisdevelopedundertheoptimizationofeachblade

5、elementliftcoefficientandpowercoeficientwithNewton’Smethod．Afterwards，reverseiterativedesignofchordandtwistangleisconductedbyadoptingoptimizationdesignmodelabovefora1．5MWwindturbineblade．Finally，throughthecomparativeanalysisofblade’Sperformanee，itisprovedthato

6、ptimizedbladecanimprovetheeficiencyofabsorbingwindenergy．Thestu@providesanewoptimization—designideaforwindturbinebladeandavoidstheun—convergenceproblemsduringtheforwarddesign．KeyWords：WindTurbineBlade；AerodynamicParameter；BEM；ReverseDesign；Newton’SMethod1引言具，以

7、叶片弦长和扭角为控制变量，然后与传统的Wilson优化设计的叶片进行比较，验证了这一方法的正确性。从以上的分析中随着地球上石油、煤炭等不可再生资源的储存量的不断减能够看出，风电机的叶片外形参数都是以空气流体力学为数学基少，而储存量丰富的风能正逐渐受到人们更多的重视。风轮是风础，以气动外形参数为优化变量，直至满足相应的功率性能要求，力发电机上最基础，也是最关键的部件。风轮包含叶片和轮毂两即为正向设计方法。但以上研究方法在求解的过程中容易出现耗个关键部件，其中叶片决定了风能的吸收效率。为了最大程度地时长，很难确定叶片沿

8、叶展的位置的气动特性分布，比如升力系吸收风能，提高风能功率系数，所以叶片截面具有复杂的气动外数、阻力系数等，以及风轮的性能要求难以确定。以空气流体力学形，这使得叶片的设计过程相当复杂，计算量非常大。对于叶片的的叶素一动量理论为数学基础，提出风电机叶片形状参数的简化气动I生能的优化设计方法，国内外有很多学者都从不同方面做了设计方法，确定初始形状性能参数，然后以