文档介绍：第卷第期机械工程学报. .
年月.
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风力机叶片的形状优化设计水
陈进王旭东沈文忠朱卫军张石强
.重庆大学机械传动国家重点实验室重庆:
.丹麦技术大学机械工程系林比一丹麦
摘要:在风力机优化设计过程中,考虑法向力和切向力的叶尖损失,基于一维的动量叶素理论及传统的风力机空气动力学原
理,推导并给出新的风力机轴向和周向因子的计算模型。探讨风力机成本和输出能量之间的关系,得到风力机成本及其年输
出能量的计算模型,进而建立风力机单位输出能量成本的数学模型,以其为优化设计目标,以叶片的形状参数弦长、扭角和
相对厚度为优化设计变量,提出叶片的优化设计数学模型。最后,应用该优化模型对某风力机叶片进行优化设计,并
对优化结果进行比较分析,验证了优化叶片的工作性能,很好地实现了风轮单位能量成本的降低。研究成果为大功率风力机
叶片的设计开发提供了理论依据,奠定了风力机叶片的研究和工业应用前景。
关键词:风力机叶片空气动力学能量成本优化设计
中图分类号:

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土耳其学者等提出在叶片周围安装转
前言向风板可以提高叶片的转动速度,进而提高风力机
的输出功率。波兰等从叶片的结构和
随着风力发电技术的日益成熟和广泛应用,大材料出发,通过改变叶片的结构参数和材料属性研
功率兆瓦级风力机已成为企业的主流产品,其空气究了风力机叶片固有频率的变化趋势,从而对叶片
动力学和结构特性优化设计也成为了国内外很多学的动力学性能进行优化分析。汕头大学的刘雄等【】
者的研究重点。而风轮作为风力机的主要组成部分, 考虑了风场风速的概率分布,以风力机年能量输出
其成本占到整个风力机组的%左右,同时风轮也最大为设计目标,使用遗传算法进行搜索寻优,利
是风力机捕获风能的关键部件。对于叶片的优化设用开发的优化设计程序,设计了. 风力机的
计研究,国内外有很多学者从不同方面进行了研究。叶片。从上述研究中可以看出,风力机的功率增加
都是以成本增加为代价的,针对这一问题,对风力
· 国家自然科学基金和重庆市自然科学基金, 机叶片进行形状优化研究,提高风轮输出能量同时
资助项目。收到初稿,收到修改稿
机械工程学报第卷第期
控制其成本就显得尤为必要。向诱导因子为
本文以风力机空气动力学理论为基础,通过对/:
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原始叶片的形状参数进行优化设计,提高了风力机~
的工作性能和效率,降低了风力机的发电成本,为
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风力机叶片的研发提供了理论依据,促进了我国风一/一口一
电产业的发展。式中/巧
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风力机空气动力学模型的建立/,.
,叶素理论将不再准确可
这里采用一维的动量叶素.
靠,这时就需要对风力机的推力进行修正。此时的
,理论建立风力机空气动力学模型。由
轴向诱导因子和周向诱导因子变成为
于一维理论中假定的圆盘是由无限个叶片组成,而
实际中叶片的数量总是有限的,因此在建立空气动/—
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力学模型过程中就需要考虑叶尖损失的影响。

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