水平轴风力机风轮气动性能研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20111100135硕士学位论（文类别：全日制硕士研究生题目：水平轴风力机风轮气动性能研究英文题目：ResearshontheAerodynamicPerformanceofRotorforHorizontalAxisWindTurbine研究生：杨贺学科名称：热能工程指导教师：吴永忠教授级高工二○一四年四月万方数据万方数据万方数据内蒙古工业大学硕士学位论文摘要经济的发展及人们生活水平的提高，使得能源的需求量日益增长，同时也给环境保护带来了很大的压力，这迫使人们开始寻求清洁可再生能源。风能由于其干净、无污染、

2、可再生等众多优点引起世界各国的重视。风能的主要利用形式是利用风力机发电，风力机以水平轴风力机为主，叶片是风力机的核心部件之一，叶片气动外形设计的优劣会对风力机效率、使用寿命等产生重要的影响，因此开展叶片设计技术的研究是顺应目前的发展趋势，这对我国风电产业的发展具有重要的意义。本文以10kW水平轴风力机为例进行了叶片外形设计和风轮气动性能数值模拟计算，主要内容包括：研究风力机叶片设计的空气动力学理论，并结合Wilson设计方法，推导建立叶片优化设计模型，并利用Matlab工具编辑程序进行计算，求解出轴向诱导因子a和周向诱导因子b，在Prolifi软件中选

3、取最佳功角，对计算得出的弦长、扭角进行修正，最终得到叶片各叶素参数。根据坐标转换原理，将叶片翼型二维坐标在Excel中转换为三维坐标，利用Gambit软件建立叶片和风轮实体模型。利用CFD软件对额定工况和几种非额定工况下的风轮流场进行气动性能数值模拟，湍流模型选择SSTk模型，观察分析了叶片表面的压强分布、叶片展向不同截面处的速度矢量和压强变化，得出叶片流场运动规律和细节，风轮旋转平面前后的压强和速度云图，通过观察我们可以看出风轮在旋转时叶片各部分受到的压力情况以及运动过程中叶片间的相互影响，从而为叶片设计提供有价值的参考依据；由模拟得出的风轮转矩

4、计算出功率和风能利用系数，与设计值进行比较，结果验证了设计的合理性。关键词：风力机；叶片设计；风轮；气动性能；数值模拟万方数据内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofeconomyandriseofthepeoplelivingstandard,thegrowingenergydemandandenvironmentalstressmakespeoplestarttolookforcleanandrenewableenergy.Windenergyasarepresentativeofthecleanenerg

5、yformanyadvantagestotheattentionofthecountriesallovertheworld.Usingwindturbinetogeneratepoweristhemainuseformofwind,bladesarethekeycomponentsofwindturbine,theprosandconsofbladeaerodynamicshapedesignwillhaveagreatinfluenceonefficiencyandservicelifeofwindturbine,Socarryingoutthere

6、searchonbladedesigntechnologyisadapttothecurrentdevelopmenttrend,whichhasgreatsignificancetothedevelopmentofwindpowerindustryinourcountry.Taking10kWwindturbineasanexampleforthebladeshapedesignandrotoraerodynamicnumericalsimulationcalculation,themainworkincludes:Thepaperstudiesth

7、eaerodynamictheoryaboutwindturbinedesign,combineswithWilsondesignmethodtoestablishbladeoptimizationdesignmodel,andcalculatesbyMatlabtoolstosolvetheaxialinducedfactoraandcircumferentialinducingfactorb;ChoosesthebestAngleinProfilisoftware,correctthechordlength,torsionangle,eventua

8、llygetbladeparameters.Combiningwiththeprinciple