风力机叶片外形优化与设计

论文摘要

叶片是风力机中技术含量最高,也是最重要的部件之一。叶片的气动外形直接决定了风力机效率,因此设计具有良好气动外形的叶片是风力机设计的关键。本论文共分为五个章节:第一章简要介绍风能的发展现状以及本课题研究目的与内容;第二章主要阐述风力机气动设计相关理论;第三章对NREL-20KW叶片进行优化设计与分析,确定叶片的最佳安装角度和最佳转速,提高叶片的气动效率,降低发电成本;第四章利用叶素--动量定理（BEM）,参照相应的技术标准和自主设计的叶片结构铺层,概念设计1500KW叶片的气动几何外形,使用GH BLADED软件对其气动性能进行评估。使用PRECOMP程序计算两种不同铺层结构叶片的截面特性参数,分析叶片模态和正常运转下的叶尖挠度变形;第五章为结论,并对今后的研究提出了展望。通过对设计结果的分析发现上述分析设计方法,在叶片的气动设计与分析中有良好的表现,能有效的提高发电效率、降低发电成本。对叶片气动设计改进也有很好的理论指导作用。获得截面特性参数也为下一阶段更为全面的结构分析提供必要数据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究的主要目的和内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容
• 第2章 基本概念和基本原理
• 2.1 风分布函数
• 2.2 风剪切
• 2.3 风力机空气动力学设计理论
• 2.3.1 引言
• 2.3.2 动量理论
• 2.3.3 风能利用系数与贝兹极限
• 2.3.4 推力系数
• 2.3.5 叶素理论
• 2.3.6 叶素——动量理论
• 2.4 叶尖与轮毂损失修正系数
• 2.4.1 叶尖损失
• 2.4.2 轮毂损失
• 2.5 翼型特性
• 2.5.1 翼型几何参数
• 2.5.2 翼型修型
• 2.6 风力机功率控制原理
• 2.7 小结
• 第3章 20KW风力机叶片逆向设计与分析
• 3.1 PROPID程序与逆向设计
• 3.1.1 PROPID程序简介
• 3.1.2 逆向设计
• 3.2 叶片几何参数定义
• 3.3 设计实例
• 3.3.1 PROPID逆向设计优化
• 3.4 优化后性能分析与比较
• 3.4.1 功率曲线比较
• 3.4.2 最佳安装角的确定
• 3.4.3 叶轮转速的选择比较
• 3.5 小结
• 第4章 1500KW水平轴风力机叶片的概念设计
• 4.1 软件及程序介绍
• 4.1.1 GH BLADED软件简介
• 4.1.2 Profili软件介绍
• v2p2程序介绍'>4.1.3 AirfoilPrep_v2p2程序介绍
• 4.2 概念设计方案一
• 4.2.1 基本技术参数
• 4.2.2 叶片几何外形参数确定
• 4.2.3 气动性能分析
• 4.3 概念设计方案二
• 4.3.1 气动外形分析与比较
• 4.4 截面特性计算
• 4.4.1 PRECOMP程序简介
• 4.4.2 1500KW中空叶片截面参数计算
• 4.4.3 叶片参数比较
• 4.5 模态分析
• 4.6 叶尖挠度变形分析
• 4.7 小结
• 第5章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A: 翼型坐标
• 附录B: 截面翼型不同攻角对应的升阻力系数
• 附录C: 叶片三维外形效果图
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果