叶片后掠对风轮结构与气动特性的影响研究

发布时间：2024-04-08 02:08

　　针对风力机叶片后掠对其弯扭耦合特性和气动性能的影响进行研究。以某5 MW风力机直叶片为原型,以叶片积叠线为二次曲线,设计2种叶尖后掠量不同的后掠型叶片。运用"超级单元"方法,建立叶片动力学模型。通过叶片动力特性数值仿真,对比分析直叶片和后掠叶片固有频率和振型随后掠量的变化情况;通过静载数值实验,测量叶片各截面的弯曲和扭转角度,分析弯扭耦合系数沿积叠线分布规律及其与后掠量的关系;通过叶片气弹耦合数值分析,比较后掠叶片在各风速下的风轮功率特性和推力特性,以研究叶片后掠对风轮气动特性和载荷特性影响。分析表明:风力机后掠叶片具有明显的挥舞弯曲与扭转变形耦合特性,在输出功率、叶根力矩、扭矩、推力等风力机性能参数上也有明显变化。

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【部分图文】：

图12各风速下风轮推力分布

图12是各风速下风轮推力分布。由图12可知，在6～10m/s之间，3种叶片推力变化不大。在额定风速（11.4m/s）下达到最大值，但3种风轮的推力明显随后掠量的增加而减少（分别为0.754、0.732、0.711MN），后掠I、II型较直叶片风轮推力减少百分比分别为3.0%....

图13各风速下风轮功率输出

3种叶片模型风轮的输出功率如图13所示。从图13可看出，在6～9m/s之间，3种风轮产生的功率差异较小，其中7～9m/s之间功率值几乎相同。在9～11.4m/s之间，后掠型风轮输出功率要明显大于直叶片风轮，其中在10m/s时，后掠Ⅱ型风轮产生的功率较直叶片风轮高约450....

图1弯扭耦合梁

风力机叶片的弯扭耦合是指叶片在风力机旋转平面内外的弯曲变形（包括挥舞与摆振变形）与叶片绕自身轴线的扭转变形间的耦合关系[7]，其耦合程度的大小对叶片结构特性（如振动模态）和气动力特性均有较大影响。为了定量研究叶片弯扭耦合，对叶片结构与气动特性的影响，定义弯扭耦合系数定量表征耦合程....

图25MW风力机叶片三维模型

如图2所示，本文以美国可再生能源实验室（NREL）发布的5MW近海风力机为上风向变速变桨距风力机为原型，其叶片截面刚度分布、质量分布与翼型等参数及各截面翼型气动特性等参数可参考文献[9]。使用专业三维建模软件SolidWorks建立其叶片的三维模型并使用其分割功能划分单元。2....

本文编号：3948326