提高风电叶片风能利用和转化率的新理论和新方法——风力发电叶片出流角计算公式的建立及应用

发布时间：2019-08-01 11:37

【摘要】：提高风力发电机组的风能利用和转化率一直是风电领域专家研究的热点和难题.文中以动量定律为基本理论,通过分析流动空气与风力发电叶片迎风面和背风面的相互作用,发现了流动空气流出叶片的方向对风能利用和转化率有较大影响.因此,提出了提高风力发电叶片风能利用和转化率的流动空气从风力发电叶片迎风面流出角的确定理论和相应公式及流动空气从风力发电叶片背风面后缘流出角的确定理论和相应公式,从而为风力发电机组风能利用和转化率的提高提出了新的研究思路.文中的研究方法和结论将为风力发电叶片风能利用和转化率的提高提供借鉴和有益尝试.
【图文】：

叶片作用后，从A点流出的空气的绝对运动速度Va2为V迤→a2=V迤→r2+V迤→e2(2)其矢量运算关系见图1(b)所示．从图1(b)可以看出，如果Va2在风速方向(风轮旋转轴线方向)上的投影与Va1的大小相等，就有V迤→a2－V迤→a1的方向沿点A的牵连运动速度的反方向，则流经此微段叶片的空气受到的阻力可由式(1)计算，其方向就是点A的牵连运动速度的反方向．根据牛顿第三定律，流动空气对此微段叶片的作用力与之大小相等、方向相反．从而使空气对风力发电叶片的推力与风力发电叶片的旋转方向一致，从而，消除了轴向推力，，提高了风力发电叶片的风能转化率．图1风力发电叶片叶素选取及叶片迎风面后缘出风点速度合成图示Fig．1Compositediagramofselectedbladeelementandthevelocityatwindoutletpointofthetrailingedgeofbladewindward1．2流动空气与风轮叶片背风面的相互作用图2所示为风力发电叶片半径为r的横截面的背风面出风点A的转速及流经此点的空气流速合成示意图，设入流风速为Va1．风力发电叶片在空气气流的推动下在竖直面内旋转，即风力发电叶片上任意一点的旋转线速度的方向均与入流风速Va1的方向垂直且沿其旋转轨迹的切线方向，并设点A的旋转线速度(牵连运动速度或牵连速度)为Ve2．叶片背风面的空气从点A流出，其相对出流速度(即空气相对于风力发电叶片A点的流出速度)记为Vr2，且Vr2与竖直面具有夹角γ，即背风面出流切线倾角．具体来说，背风面出流切线倾角γ为背风面流出空气在点A相对于叶片背风面的流出速度方向与点A的旋转线速度反方向之间的夹角．根据相对运动原理，背风面出风点A的相对出流速度Vr2与该点牵连运动速度Ve2的矢量和为背风面出风点的绝对出流速度Va2矢量(见?
【作者单位】：华北电力大学能源动力与机械工程学院;
【分类号】：TM315

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