3。4  计算结果的查看 16

4  1。5MW风力机的设计与优化 17

4。1  参数设置 17

4。1。1  基准风机1。5MW风力机的基本参数 17

4。1。2  叶片优化 18

4。2 气动外形分析 18

4。3 气动性能分析 20

结论 25

致  谢 26

参 考 文 献 27

1 绪论

1。1 研究背景及意义

我国幅员辽阔，蕴藏着极为丰富的风能资源,而风能作为一种无污染、可再生的高效替代能源，具有极高的开发和利用价值。世界上第一台风力发电机于1891年在丹麦建成, 但由于技术和经济等方面的局限,在当时，风力发电并未能成为电网中的主要发电形式。后来经过对叶片外形的不断优化及叶片上风能损失的不断研究，各国研究人员提出了许多修正的方案，找出了影响风能损失的重要因素，在减少发电成本的同时提高了风力发电的效率。目前风力发电已在世界范围内有了一定的利用规模。

叶片是水平轴风力机的核心部件，可将风能转化为机械能。叶片的气动性能不仅直接决定风力机的能量转换效率，还影响风力机及其部件的运行可靠性。因此对风力机外形优化的研究具有重要学术价值，是促进风力机改良，以及风力发电行业发展的最直接有效的方法。论文网

传统的水平轴风力涡轮叶片通常采用直接的方法设计(即正设计方法) ,也就是基于分析的设计方法。设计过程包括分析和完善叶片几何结构直到满足所需的性能要求。

虽然直接设计方法有许多优点，但也存在耗时较长，所需的转子特征不能直接确定等缺点。比如,如何确定所需的气动特性沿叶素位置的分布(如升力系数)，以符合最佳的升阻比的问题，以及如何满足均匀的轴向来流分布以达到最佳的转子性能的问题;又如，对于某些失速调节型风力涡轮,如何限制峰值动力，以避免电机遭到损坏的问题;再如，某些特定的转子特性如何在最初的叶片设计阶段进行考虑等。因此,当使用正设计方法进行叶片结构优化设计时, 必须面对这些无法克服的难题。但是如果采用逆设计方法，正设计方法的许多缺点就可以很大程度的被避免，同时逆设计方法还可以包括正设计方法中的许多优点。PROPID正是基于这一目的而发展起来的一种用于叶片气动逆设计的程序。更准确地讲, PROPID可以从确定的叶片几何参数中得到转子所希望的性能及气动特性。本课题研究的即是基于逆设计的风力叶片气动设计和优化方法。

1。2  国内外研究现状

1。3  本文的工作总结

在本次研究和设计的过程中，首先，分析了风力机叶片气动设计的基本理论，主要有叶素理论、叶素动量理论、Prandtl叶尖轮毂损失模型等。其次研究了PROPID程序的使用方法和应用PROPID程序设计风力机叶片的方法，主要包括PROPID源程序代码的编写以及使用PROPID程序的操作流程。在此基础上，选择NREL 1。5MW风力机为基准，指定不同设计叶尖速比，应用PROPID程序进行逆设计以得到不同设计叶尖速比对应的风力机叶片气动参数。最后，对设计出的多组叶片进行气动性能分析。

2  风力机叶片气动设计的基本原理

风力机设计所用到的基本原理包括制动盘原理、动量理论、叶素理论、叶素动量理论以及Prantdl叶尖损失以及轮毂损失修正因子。