大型风力机叶片的外形设计与数值模拟分析

发布时间：2020-08-28 14:05

　　 风能,作为一种清洁的可再生能源,在常规能源紧缺及环保压力日趋严重的今天,受到了世界各国的重视。风力发电是风能利用的最主要形式。在风力机系统中,叶片是最为关键的核心部件,其气动性能的好坏直接决定了风力机风能转换效率的高低。 本课题对2MW变速恒频风力机的叶片进行了气动外形设计研究,并且通过数值模拟分析的方法验证了所设计叶片的合理性。本文的主要工作有以下几方面： 首先,研究了风力机叶片外形设计的四个基本理论,并以片条理论为基础建立叶片气动外形的计算模型。通过建立风力机坐标系统,考虑多种风力机运行的影响因素对模型进行修正,使得建立的模型更加接近于客观实际。以风力机年发电量最大为目标,利用遗传算法进行搜索寻优,求得全局最优解。 其次,为了便于加工与安装,对计算得到的叶片各叶素弦长和扭角进行了修正。结合坐标变换原理,运用EXCEL软件将叶片各截面翼型数据转换成三维空间坐标,并利用Solidworks软件实现了风力机叶片的三维实体建模。 接着,运用先进的CFD软件Fluent,对NACA63212二维翼型的气动性能进行模拟分析。采用Spalart-Allmaras湍流模型,分析了速度、静压等参数的分布特点及其随攻角的变化情况。其结果可为风力机叶片的设计与研发工作提供技术参数和指导意见。 最后,对单叶片进行三维空气动力学仿真。利用Gambit进行内场、外场计算区域的网格划分和边界条件的设置,并利用Fluent软件对叶片在额定风速和其它非额定风速下进行数值模拟。湍流模型为SST k-ω。由得出的叶片转矩计算出风轮的实际输出功率及风能利用系数。此举有助于深化了解风力机叶片的气动性能,并验证数值模拟分析的可行性和可靠性。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TK83
【部分图文】：

大型风力机计}一片的外形设计与数值模拟分析驾护航阵5]。最近几年，全球风电产业得到了迅猛发展。据世界风能理事会统计，2009年，世界风电装机容量较2008年增长了3750万千瓦，增长率为31%，总装机容量达到15790万千瓦，如图1.1所示。其中，美国新增风电装机容量为990万千瓦，总装机容量达3500万千瓦，较2008年增加了39%。中国的风电装机容量连续第5年实现100%增长。2009年，我国新增风电装机容量为1202万千瓦，位居全球第一，总装机容量达到2510万千瓦，己超越德国，成为仅次于美国的风电大国，如图1.2所示。

2009年，我国新增风电装机容量为1202万千瓦，位居全球第一，总装机容量达到2510万千瓦，己超越德国，成为仅次于美国的风电大国，如图1.2所示。测;

本文编号：2807672