風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、面對(duì)迫在眉睫的能源和環(huán)境危機(jī)，作為當(dāng)前可再生能源技術(shù)中，相對(duì)成熟并同時(shí)具備商業(yè)開(kāi)發(fā)和規(guī)模發(fā)展的一種清潔能源—風(fēng)能，它的利用方式和發(fā)電技術(shù)的發(fā)展受到世界各國(guó)越來(lái)越多的關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電機(jī)是風(fēng)能利用的核心，水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要類(lèi)型之一。葉片是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵部件，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能利用效率與葉片形狀密切相關(guān)，所以葉片的設(shè)計(jì)與優(yōu)化是風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)制造中的重要工作內(nèi)容。
　　論文分析了國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片研究現(xiàn)狀、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉

2、片設(shè)計(jì)理論和方法以及葉片轉(zhuǎn)矩、風(fēng)能利用系數(shù)、受力系數(shù)等計(jì)算方法。論文根據(jù)葉素動(dòng)量理論建立了風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片氣動(dòng)計(jì)算模型，針對(duì)400KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，使用Matlab語(yǔ)言編制了葉片氣動(dòng)性能計(jì)算程序，計(jì)算得到葉片的效率值。綜合葉片翼型厚度變化影響和變槳距設(shè)計(jì)要求，提出了一種新的葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，使用Matlab工具基于葉素-動(dòng)量理論開(kāi)發(fā)的優(yōu)化設(shè)計(jì)程序，以提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片年平均風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率為優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，以翼型相對(duì)厚度和槳距角為設(shè)計(jì)變量，利

3、用遺傳算法，對(duì)葉片形狀和尺寸進(jìn)行多參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　論文提出的一種新的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片設(shè)計(jì)方法，包含四個(gè)階段:第一階段是葉片翼型氣動(dòng)系數(shù)的獲取，通過(guò)naca、Xfoil和AirfoilPrep三個(gè)軟件有機(jī)結(jié)合得到攻角區(qū)間在-180°～180°內(nèi)的翼型氣動(dòng)系數(shù);第二階段是葉片基本參數(shù)的設(shè)定，通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片設(shè)計(jì)理論計(jì)算得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率、風(fēng)輪直徑、葉尖速比、葉片數(shù)、實(shí)度等;第三階段是采用Wilson法得到初步設(shè)計(jì)的葉片，通過(guò)

4、Matlab編寫(xiě)葉片效率的計(jì)算方法程序，進(jìn)行初始葉片截面弦長(zhǎng)和扭角的計(jì)算，從而得到初始葉片的效率值;第四階段是得到優(yōu)化后的兩組葉片，基于Wilson方法設(shè)計(jì)結(jié)果，利用遺傳算法，在個(gè)體適應(yīng)度計(jì)算時(shí)考慮葉片沿展向的相對(duì)厚度的變化，得到優(yōu)化后的葉片參數(shù);最后綜合考慮葉片厚度相對(duì)于槳距角發(fā)生變化的情況下，再對(duì)葉片進(jìn)行優(yōu)化，得到進(jìn)一步優(yōu)化的葉片參數(shù)。
　　仿真結(jié)果表明，在不同的風(fēng)速下，通過(guò)論文提出的優(yōu)化方法得到的葉片，比原有葉片的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效