L小翼对5MW水平轴风力机气动性能的影响

发布时间：2020-11-10 01:38

　　 随着风力机大型化发展,提高风力机风能利用效率,增大叶片气动性能已成为风力机发展亟待解决的关键问题之一。叶尖小翼安装方式简单,通常被用来控制叶片表面流动,为了研究叶尖小翼对风力机气动性能的影响,本文以NREL 5MW风力机为研究对象,在叶尖安装L小翼(吸力面L小翼),研究未偏航状态及偏航状态下L小翼对风力机气动性能影响。主要研究内容及结论如下:1、采用数值模拟方法,在额定风速下研究了小翼安装位置对风力机气动性能的影响,揭示了V型小翼、L小翼、压力面L小翼对风力机功率及叶尖压力的影响机理。研究结果表明:L小翼对增加叶尖上下表面压差和增大风力机输出功率起主要作用。2、不同风速下,运用S S T k-ω湍流模型,通过改变L小翼安装角度(1 5°~8 5°)及长度(0.5 m~3 m),研究了L小翼对风力机气动性能、压力场、叶尖涡和载荷的影响。结果表明:叶尖安装L小翼降低了叶尖绕流的下洗速度,改变了叶尖环量的分布,降低了叶尖涡强度,抑制了叶尖气流与叶片过早分离,增大了叶尖上下表面压差,增加了风力机输出功率,提高了风能利用效率。L小翼较优的安装参数是:安装角度为45°,长度为2 m,该安装参数下功率提升作用显著,且对轴向力影响较小,不会对机组安全运行产生影响。3、在偏航角度为1 0°、2 0°、3 0°、4 0°条件下,研究了L小翼对风力机叶尖压力分布和功率的影响。结果表明:L小翼对叶尖压差的影响随着偏航角度的增大逐渐减小;风速在5 m/s~17 m/s范围内,L小翼增大了叶尖上下表面压差,增加了风轮转矩,起到了功率增升作用,同时安装L小翼降低了风力机输出功率及轴向力的波动,提高了风力机的抗疲劳性能,延长了叶片使用寿命。本文针对L小翼安装参数对风力机气动性能的影响进行了研究,揭示了L小翼风力机功率增升主要是由叶片气动性能改善引起的并非风轮半径增大所致,得到了L小翼较优的安装方案,为大型风力机安装L小翼提供了参考依据。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK83
【部分图文】：

L 小翼对 5MW 水平轴风力机气动性能的影响 代 末 ，美 国 人 CharlesF.Brush 设 计 了 144 个[ 6 ]， 该 风 力 机 气 动 性 能 较 低1898 年 丹 麦 Poul Lacour 教 授 首 次 将 ， 为 现 代 风 力 机 发 展 奠 定 了 理 论 基 境 恶 化 ， 风 电 行 业 得 到 了 前 所 未 有 行 。 根 据 全 球 风 能 理 事 会 的 调 查 数 据 累 计 装 机 容 量 达 到 539123 MW， 全 显 示 了 全 球 累 计 和 新 增 装 机 容 量 趋 国 的 风 电 产 业 进 入 快 车 道 ，2009 年W，2012 年 达 到 了 75.3GW，装 机 容 量 会 统 计 数 据 显 示 ， 2017 年 年 底 我 国 居 全 球 第 一 ， 占 据 了 全 球 35%的 风

图 1.3 翼 尖 小 翼 国 内 外 学 者 虽 然 对 V 型 平 板 小 翼安 装 方 式 繁 琐 ， 平 板 小 翼 气 动 性 能 较进 行 优 化 ， 研 究 L 小 翼 安 装 位 置 对 风对 风 力 机 功 率 提 升 的 主 要 机 理 。1.2.2 风力机偏航研究现状风 力 机 在 运 行 期 间 ， 由 于 风 的 不不 能 够 垂 直 作 用 于 风 轮 ， 导 致 风 力 机为 了 使 数 值 计 算 模 型 更 加 接 近 实 际 情型 的 影 响 ， 对 失 速 状 态 下 动 量 片 条 理析 了 侧 偏 风 扰 动 项 导 致 诱 导 因 子 增 大了 分 解 ， 研 究 了 各 分 解 风 速 在 时 间 和[ 2 6 ]。吴 斌 等 人 分 析 了 风 轮 旋 转 轴 与 来尾 流 膨 胀 和 倾 斜 的 影 响 ， 并 对 叶 素 动

可 以 将 风 能 转 化 为 机 械 能 ， 叶 片 气 动 性 能 的 优 劣 直 接 利 用 系 数 。 在 风 力 机 叶 片 设 计 中 ， 通 常 会 采 用 贝 茨 理 论 和 涡 流 理 论 等 风 力 机 设 计 理 论 。 随 着 计 算 流 体 力 学 的 法 能 够 较 准 确 的 模 拟 风 力 机 流 场 特 性 ， 在 风 力 机 研 究 主 要 介 绍 风 力 机 设 计 理 论 及 数 值 计 算 方 法 ， 为 后 续 风 提 供 理 论 支 撑 。力发电机简介 发 电 机 按 照 能 量 转 换 过 程 可 以 将 其 分 为 两 部 分 。 第 一 成 ， 来 流 推 动 风 轮 旋 转 ， 把 风 的 动 能 转 换 为 风 轮 轴 的 主 要 包 括 机 舱 里 的 传 动 部 件 和 发 电 机 ， 通 过 一 定 的 传 与 电 机 转 轴 链 接 ， 发 电 机 在 风 轮 轴 的 驱 动 下 发 电 ， 把 。现 代 风 力 发 电 机 一 般 由 风 轮 、传 动 系 统 、发 电 机 、调 轮 箱 、 偏 航 系 统 、 制 动 装 置 及 驱 动 轴 构 成 ， 如 图 2.1 所
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本文编号：2877271