低风速风力机的叶片设计及仿真研究

摘要

我国有较多地区处于风能资源可利用区，也就是低风速风场的地区。利用好这些地区的风能资源，需要发展好低风速风力发电技术。本文在我国西北六地建立了风资源观测站，通过对六地2012年的测风数据的评估分析，得到了该六地都属于低风速风场地区的结论。根据低风速风场的条件以国产某型20KW风力机为基础，重新设计了风力机叶片的主要几何参数，并将设计后叶片数据导入到GH-Bladed软件中，进行了性能仿真分析，进而为低风速风场下风力机的改进做了一些工作，提出了一点思路。以下是本文的主要工作内容:
　　通过建立风资源观测站，获得了可靠的风资源数据，并编写了风资源评估软件，对原始风资源数据进行统计和分析计算，最终得到了风资源丰富程度的评估结果和风力机仿真分析所需的一些参数。
　　在叶素-动量理论的基础上，引入Pitt-Peters理论，解决了叶素理论和动量理论未考虑气体质量的不足而导致在动态性能分析上的不足。
　　利用Wilson法对风力机的叶片气动外形主要参数进行了设计。然后再GH-Bladed软件中建立风力机模型，对风力机叶片的气动性能和功率特性做了仿真分析。仿真过程中对比了本文设计的叶片与国产某型叶片的气动性能以及风力机在冰载工况下和非冰载工况下的功率特性对比。通过设计和仿真分析，得出了本文的设计有助于风力机叶片在低风速工作区间提高效率，该款风机基本满足低风速风场运行的要求和冰载工况下风力机在低风速下效率明显降低的结论。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．1．1 选题背景

1．1．2 国外风电技术发展现状

1．1．3 我国风电技术的发展现状

1．1．4 我国风能资源概况

1．2 课题研究的背景与意义

1．3 课题研究现状综述

1．3．1 风能测试评估技术发展现状

1．3．2 风力机叶片优化设计发展现状

1．3．2 低风速风力发电研究现状

1．4 本文的主要内容

2 风资源评估方法与测风软件的编写

2．1 风资源的无线测试系统

2．1．1 测风方案的制定

2．1．2 风能无线测试原理

2．2 风资源评估软件的设计开发

2．2．1 软件的网络架构

2．2．2 软件的主要功能及界面

2．2．3 软件程序的一个示例

2．3 六个观测点的风资源评估

2．3．1 风速及风向统计结果

2．3．2 六站点年风能有效可利用小时数计算

2．3．3 六站点年有效风功率密度计算

2．4 本章小结

3．风力机空气动力学基本理论

3．1 叶素-动量理论

3．1．1 诱导速度的推导

3．2 叶素动量理论的修正

3．2．1 Kinner的通用压力分布理论

3．2．2 压力的轴对称分布

3．2．3 压力的反对称分布

3．2．4 Pitt-Peters理论模型

3．3 低风场风力机的选型

3．4 本章小结

4．基于Wilson法的低风速风力机叶片设计

4．1 Wilson理论模型

4．2 Wilson设计方法

4．2．1 风力机叶片Matlab编程设计

4．2．2 MATLAB解决设计问题的难点及处理方法

4．3 设计结果

4．4 叶片截面的空间坐标计算

4．4．1 空间坐标计算的基本原理

4．4．2 叶片上叶素的空间坐标计算

4．5 本章小结

5 基于GH Bladed的风力机叶片气动性能仿真

5．1 GH Bladed软件介绍

5．2 风力机叶片稳态性能仿真计算

5．2．1 导入叶片数据和整机参数建立仿真模型

5．3 风力机年发电量计算

5．4 风力机冰载状况对功率曲线的影响

5．4．1 冰载研究的进展

5．4．2 风力机叶片冰载状况的研究现状

5．4．3 叶片上冰载的分布

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

致谢

参考文献