1.0MW水平轴风力机叶片设计研究

摘要

风能利用技术的快速发展已使风能成为目前最重要的一种可再生能源。现有的风能转化系统大部分将风能通过风力机装置转化为机械能，然后通过电机转化为电能，水平轴风力机是风能利用最主要的形式，而叶片是其关键部件之一。随着大型水平轴风力机的广泛使用，叶片的外形设计和气动性能研究受到广泛的关注。叶片的气动外形决定风轮的转换效率，因而叶片外形设计在风力机设计中占有举足轻重的地位。因此很有必要对水平轴风力机叶片的设计技术进行研究，这些工作对于我国风电产业自主研发的发展具有积极意义。
　　 本文重点研究1.0MW水平轴风力机的叶片设计和叶片以及风轮的动特性，所做的主要工作和相关结论如下:
　　 ①研究了风力机叶片设计的基本理论。
　　 ②通过对多种设计方案的分析对比，Wilson叶片设计方法是目前风力机叶片设计较为准确且运用最为广泛的设计方法。本文按照Wilson法优化设计风力机叶片几何外形，确定优化设计数学模型以及约束条件，以MATLAB为工具计算叶片外形各参数，综合Wilson方法考虑叶片梢部损失、根部损失和轴向、周向干扰因子对叶片空气动力学性能的影响，大大提高了叶片的设计精度和设计计算效率，并对计算结果进行线性化修正处理。
　　 ③本文通过坐标变换原理将翼型二维离散数据点转换成叶片三维空间坐标点，另外本文在坐标变换过程中结合图形学，将坐标的旋转变换转化到绘图过程中实现，为翼型坐标转换提供新思路。
　　 ④基于UG的自由曲面造型功能，采用三次B样条拟合方式绘制叶片各截面的空间样条曲线，对风力机叶片进行参数化建模，并对所建立的叶片实体模型进行处理，使得在翼型过渡段的叶片表面光顺性较好，过渡平滑；本文还对叶片及风轮进行模态分析，发现单个叶片的动特性与风力机风轮的动特性有所区别，旋转风轮中各叶片变形间相互影响并与轮毂弹性变形成为一个耦合系统，其固有频率相对于单叶片有较大幅度降低，因此在大型风力机设计过程中不能以叶片的动特性代替整个风轮的动特性。

目录

文摘

英文文摘

1 绪 论

2 风轮空气动力学理论

3 风力机叶片设计计算

4 风力机叶片三维建模及模态分析

5 总结及展望

致 谢

参 考 文 献

附 录