本文關(guān)鍵詞：基于Wilson模型的風(fēng)輪葉片優(yōu)化方法研究

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【摘要】：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能否正常、穩(wěn)定、高效運行的關(guān)鍵在于風(fēng)輪葉片的設(shè)計優(yōu)劣、可靠性高低和性能好壞。葉片的設(shè)計包括氣動設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計兩部分,其中,葉片氣動設(shè)計直接影響其對風(fēng)能的利用率,進(jìn)而影響風(fēng)力機(jī)的發(fā)電效率。因此,分析風(fēng)力機(jī)葉片氣動性能并對其進(jìn)行氣動優(yōu)化具有重要的現(xiàn)實意義。本文總結(jié)了國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀、垂直軸風(fēng)輪的特性和優(yōu)勢、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的未來發(fā)展趨勢、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)和類型等,對比總結(jié)了風(fēng)葉優(yōu)化、重疊比優(yōu)化、組合優(yōu)化、輔助機(jī)構(gòu)優(yōu)化等風(fēng)輪葉片的優(yōu)化方法,在此基礎(chǔ)上提出了基于Wilson模型的修正弦長和扭角的風(fēng)輪葉片設(shè)計優(yōu)化方法,梳理了本文的研究內(nèi)容和整體思路。本文首先采用了Weibull分布模型并考慮風(fēng)切變影響,建立了用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計的風(fēng)速概率密度分布模型,基于葉素理論給定了功率、風(fēng)速、風(fēng)能利用系數(shù)、機(jī)電效率等參數(shù),對1.5MW失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計,得到了葉片長度、輪轂直徑、葉片數(shù)、葉尖速比等,選擇了7種NACA系列的翼型作為各截面翼型。本文其次利用Profili軟件對風(fēng)輪葉片NACA24XX系列和NACA44XX系列7種二維翼型進(jìn)行了氣動性能分析,獲取了翼型的升力系數(shù)、阻力系數(shù)、升阻比和力矩系數(shù)與攻角α的變化關(guān)系,在此之上得到了NACA44XX系列和NACA24XX系列的翼型氣動數(shù)據(jù),為風(fēng)輪葉片的氣動性能分析提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本文最后以最大功率系數(shù)為優(yōu)化目標(biāo),以弦長和扭角為設(shè)計變量,以葉尖與輪轂損失F作為補充條件,同時考慮風(fēng)速的分布,采用基于Wilson法數(shù)學(xué)模型并利用MATLAB工具進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計和修正,得到葉片最佳弦長和扭角的分布情況,并將修正前后的弦長和扭角隨著葉片展向進(jìn)行對比,結(jié)果顯示優(yōu)化后的風(fēng)機(jī)葉片氣動性能改善,更符合實際制造情況。
【關(guān)鍵詞】：氣動性能 葉素理論 Wilson模型 優(yōu)化設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-26
• 1.1 研究工作的科學(xué)意義11-15
• 1.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)簡介15-17
• 1.2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理15-16
• 1.2.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)16-17
• 1.2.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)類型17
• 1.3 S型風(fēng)輪優(yōu)化方法綜述17-23
• 1.3.1 Savonius風(fēng)輪的優(yōu)化及應(yīng)用18-20
• 1.3.2 組合型Savonius風(fēng)輪的研究20-22
• 1.3.3 輔助機(jī)構(gòu)22-23
• 1.4 Savonius風(fēng)輪應(yīng)用情況23-24
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容24-25
• 1.6 本章小結(jié)25-26
• 第二章 風(fēng)輪的設(shè)計理論26-39
• 2.1 貝茨理論26-29
• 2.2 經(jīng)典設(shè)計理論29-38
• 2.2.1 渦流理論29-30
• 2.2.2 動量理論30-32
• 2.2.3 葉素理論32-35
• 2.2.4 葉素-動量理論35-36
• 2.2.5 葉片梢部損失和根部損失修正36-37
• 2.2.6 塔影效果37
• 2.2.7 偏斜氣流修正37-38
• 2.2.8 風(fēng)剪切38
• 2.3 本章小結(jié)38-39
• 第三章 葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的獲取39-53
• 3.1 葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)39-43
• 3.1.1 弦長和厚度39-40
• 3.1.2 升力和阻力40-41
• 3.1.3 面壓力41-42
• 3.1.4 扭矩、角動量和尾翼所受的力42-43
• 3.2 葉片的動力特性43-47
• 3.2.1 功率43-44
• 3.2.2 尖速比44-45
• 3.2.3 系統(tǒng)效率45-46
• 3.2.4 葉片面積46-47
• 3.3 基于葉素理論的葉片初步設(shè)計47-52
• 3.3.1 設(shè)計條件及風(fēng)力機(jī)輸出功率48
• 3.3.2 確定風(fēng)輪直徑D、葉片數(shù)B、葉尖速比入和風(fēng)輪轉(zhuǎn)速n48
• 3.3.3 翼型的選擇48-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 第四章 風(fēng)輪翼型氣動系數(shù)的獲取53-71
• 4.1 風(fēng)況參數(shù)提取53-59
• 4.1.0 風(fēng)的能量計算53-55
• 4.1.1 風(fēng)速的數(shù)學(xué)描述55-57
• 4.1.2 韋伯分布與風(fēng)速的數(shù)學(xué)模型57-59
• 4.2 葉片的空氣動力學(xué)特性59-64
• 4.2.1 空氣動力學(xué)基本理論59-61
• 4.2.2 葉片角度61-62
• 4.2.3 斷面形狀和平面形狀62-64
• 4.3 翼型氣動系數(shù)的獲取64-70
• 4.3.1 翼型氣動系數(shù)隨攻角變化關(guān)系的獲取64-69
• 4.3.2 不同翼型氣動系數(shù)間的關(guān)系分析69-70
• 4.4 本章小結(jié)70-71
• 第五章 風(fēng)輪葉片的優(yōu)化設(shè)計71-78
• 5.1 利用MATLAB的葉片設(shè)計71-75
• 5.1.1 Wilson法數(shù)學(xué)模型71
• 5.1.2 a和b的獲取71-72
• 5.1.3 優(yōu)化設(shè)計步驟的確定72-73
• 5.1.4 計算結(jié)果及分析73-75
• 5.2 扭角和弦長的修正75-77
• 5.2.1 扭角的修正75-76
• 5.2.2 弦長的修正76-77
• 5.3 本章小結(jié)77-78
• 第六章 總結(jié)與展望78-80
• 6.1 主要結(jié)論78
• 6.2 本文創(chuàng)新點78-79
• 6.3 對本文工作的展望79-80
• 參考文獻(xiàn)80-83

【參考文獻(xiàn)】

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3 張宏杰;朱樂東;;附加風(fēng)攻角對1400m斜拉橋顫振分析結(jié)果的影響[J];振動與沖擊;2013年17期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

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本文編號：555332