小型水平轴风力发电机叶片设计研究

摘要

随着环保呼声日益高涨和非可再生资源的过度消耗，风力发电以其独特的优越性日益被重视。叶片是风力发电机吸收风能的重要元件。本课题以广西教育厅科技项目《1KW风力发电机产品的研究开发》为背景，主要研究小型水平轴风力发电机的叶片设计、性能计算、有限元动力学分析。主要研究成果如下： 1．简单实用的叶片设计拟合模型。综合国内外多种文献，整理现有叶片设计模型基础上，得出简单实用的叶片参数设计拟合模型——各叶素弦长计算公式和安装角计算公式。该模型函数简单；设计精度高；设计叶片具有流线型。 2．叶片精确实体建模仿真。以最后输出电功率P＝400W为目标，采用翼型NACA4412进行叶片设计。基于叶片设计数据，进行三维坐标变换，本文利用较通用的办公软件EXCEL实现复杂的矩阵坐标变换，求出叶片各点的三维坐标；利用三维建模软件SolidWorks进行精确实体建模，方便进一步分析。该法可为扭曲实体和其他复杂实体精确建模提供新思路。 3．叶片静态气动性能模拟计算。基于Glauert模型和Wilson模型对设计叶片进行性能对比计算，利用各种性能修正系数进行性能修正。得出所设计叶片的设计状态气动性能指标；并提出气动性能较合理的计算途径，即以Wilson模型气动计算为基础采用修正系数修正，其中轮毂修正采用新方法——忽略轮毂气动性能计算，只对采用翼型部分进行气动性能计算。该法简单实用，计算结果且较经验轮毂损失修正合理。 4．叶片动力学分析。采用了有限元分析软件COSMOS\WORKS进行叶片有限元建模和分析，计算出叶片前十阶固有频率和振型，为其他设计如塔架设计提供参考。模态计算采用精确的整个叶片实体模型计算结果精度较高。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章基本概念与基本原理

第三章叶片设计

第四章静态气动性能模拟计算

第五章叶片动力学分析

第六章结论及展望

参考文献

附录

致谢

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