风力机叶片的形状优化设计.pdf

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风力机叶片的形状优化设计木Wind机械工程学报陈进1王旭东1沈文忠2朱卫军2张石强10前言OptimizationWANGMECHANICALENGD厄ERINGDesignofBladeShapesTurbinesWenzhon92Weijun2(1．重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030：2．丹麦技术大学机械工程系林比DK一2800丹麦)forMechanicalDK-2800，Denmark)optimizationmodel．Theresults．Theturbines．The随着风力发电技术的日益成熟和广泛应用，大功率兆瓦级风力机已成为企业的主流产品，其空气动力学和结构特性优化设计也成为了国内外很多学者的研究重点。而风轮作为风力机的主要组成部分，其成本占到整个风力机组的20％左右，同时风轮也是风力机捕获风能的关键部件。对于叶片的优化设计研究，国内外有很多学者从不同方面进行了研究。土耳其学者VAROLA等【l】提出在叶片周围安装转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JURECZKO等【2】从叶片的结构和材料出发，通过改变叶片的结构参数和材料属性研究了风力机叶片固有频率的变化趋势，从而对叶片的动力学性能进行优化分析。汕头大学的刘雄等【jJ考虑了风场风速的概率分布，以风力机年能量输出最大为设计目标，使用遗传算法进行搜索寻优，利用开发的优化设计程序，设计了1．3MW风力机的叶片。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，对风力机叶片进行形状优化研究，提高风轮输出能量同时第46卷第3期2010年2月JOURNALOF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2MW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：TK83CHENJinlXudon91SHENZHUZHANGShiqian91(1．TheofMechanical2．DepartmentUniversityDenmarkgivenmomentumand仃aditionalanddesigndeveloped．Inobjectivelength,t谛istanglecarriedMWbladesanalysisreducedwords：BladesAerodynamicsNO．3DoI：10．3901／朋ⅥE．2010．03．131StateKeyLaboratoryTransmission，ChongqingUniversity,Chongqing400030；Engineering，TechnicalLyngbyinducedthenormalbasedelementtheorymodelaremodel，theminimumthickness．Finally,theperformancecomparisonresearchlargefurtherofenergy‘国家自然科学基金(50775227)和重庆市自然科学基金(CSTC，C3029)资助项目。20090215收到初稿。20090921收到修改稿V01．46Feb．20lOAbstract：Forwindturbines．thenewtangentialfactorsturbinesconsideringtiplossforcesbladeaerodynamiccostisenergyvariableschordrelativeout2byusingthisvalidatedthroughshowsthatgoodenoughresultsgiveproofscalealsoestablishfoundationindustrialapplicationofwindturbines．Coston2008Ba
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