文档介绍：大型水平轴风力机气动设计和性能预估软件┅┅┅┅┅┅┅┅ 2
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大型水平轴风力机气动设计和性能预估软件项目简介
水平轴风力机风轮的气动外形设计和性能预估是大型风力机的关键技术,风力机的设计和性能预估是一项非常复杂的工作,其复杂性主要由两方面的因素所导致,一方面是风力机尤其是水平轴风力机的运行工况复杂多变,带有很多不确定因素;另一方面是目前用于风力机设计和性能预估的理论并不完善。目前,国际上风力机气动方面的研究热点和难点主要包括风轮尾迹流场特性、失速延迟、动态失速等问题的研究。
风力机尾迹流场是以旋涡流动为主导的复杂流动。风力机的尾迹流场的结构,最终表征着作用在风力机叶片上的流体载荷。开展风力机尾迹流场的研究对提高风力机的载荷预估和气动特性计算的准确性起着重要作用。另一方面,在风电场中,许多风力机布置在一起,一些风力机将处于其它风力机的尾迹流场中。尾迹流场的湍流结构会影响下游风力机的疲劳载荷,使风力机的性能受到影响,功率输出减小,导致整个风电场总的功率输出受到影响。开展风力机尾迹流场流动的研究可以合理布置风力机,尽量减小风力机尾流的影响,提高风电场效率,使风电场的经济性达到最佳。失速延迟现象的产生是由于风力机气动设计和性能预估的理论不完善造成的。目前应用的风力机叶片设计及性能预估方法主要基于传统的二维叶素理论以及二维静止翼型风洞实验数据。但是由于实际工作中的风轮叶片是三维及旋转的,采用该方法在高风速工况时常常低估了实际风轮的动力产生,这种理论与实际的差别被称为失速延迟。对失速延迟进行深入的分析研究是十分必要,它极大地影响风力机的动力生成和结构安全性,决定着变速器和其它机械装置的选择以及整个发电设备的价格。
动态失速是指在进口来流攻角快速变化的过程中,风力机叶片表现出的与静态翼型风洞吹风实验完全不同的气动特性。动态失速可以在许多情况下出现,如大气紊流、塔座影响、偏航工况等等。此时的升力系数特性与风洞实验数据出现了明显的差别,极大地增加了风力机的动态载荷,从而对风力机的结构载荷设计产生了严重的影响。当风力机处于失速状态运行时,最大输出功率和最大叶片载荷将会同时出现,而目前不计失速影响的理论计算载荷只有实测值的50%-70%。失速风轮在高风速下所产生的这种大大超过设计值的输出功率,可能引起发电机的损坏,因此,在设计时必须认真考虑动态失速的作用。
我国目前还没有独立开发设计大型风电机组的经验,风力机的一些关键部件和核心技术还依赖引进。在上述理论研究工作的基础上,开发了一个基于Windows操作平台的大型水平轴风力机设计及性能预估软件。该成果适应我国发展新能源的可持续发展战略,对于提高我、合理布置风电场都具有重要的学术意义及工程应用价值。
技术适用范围:水平轴风力机气动设计及性能预估
设计成本降低幅度:20%~25%
最大风能利用系数:>
性能预估准确率:提高30%以上
该软件程序一方面是在大型风力机的设计和性能预估模型中创造性地计入失速延迟、动态失速等因素的影响,使设计结果更加精确;另一方面是为风力机的设计者提供一种灵活的集成设计环境,利用计算机完成水平轴风力机的设计和性能分析过程中复杂繁琐的计算,使设计过程大大简化、设计质量显著提高。
本技术已经获得了国家发明专利,已在国内外公开发表了10余篇相关的学术论文,其中7篇被SCI、EI收录。主要应用于:风力机设计单位、风电场建设单位。
随着我国新能源的可持续发展战略的实施,风能的利用正以每年高于30%的速度增长。我国目前还没有独立开发设计大型风电机组的经验,风力机的一些关键部件和核心技术还依赖引进。该成果对于提高我