在浮式風力機模型試驗中,由于尺度效應(yīng)的影響,浮式風力機模型葉片的推力不能達到弗汝德相似條件下的目標推力值,采用重新設(shè)計葉片的方式可以較好地滿足模型試驗的要求。文章以某6 MW海上浮式風力機模型試驗為例,提出基于氣動相似的模型葉片快速優(yōu)化設(shè)計方法,并與前人提出的方法對比。計算結(jié)果表明:在額定工況下,文章提出的方法可有效降低78.18%的風力機推力計算次數(shù),從而提高計算速度;在試驗工況下,該方法設(shè)計的葉片與目標值的匹配情況優(yōu)于模矢搜索法。研究結(jié)果可以為風力機模型葉片優(yōu)化設(shè)計提供參考。 

【文章來源】：可再生能源. 2019,37(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

翼型受力分析圖

滿足雷諾相似是不可能的。浮式風力機模型試驗選擇滿足弗汝德相似定律，導(dǎo)致葉片所處雷諾數(shù)發(fā)生變化，引起尺度效應(yīng)。本文以某6MW浮式風力機模型試驗為例，試驗縮尺比為1∶65.3，浮式風力機原型及模型設(shè)計參數(shù)見表1。在額定工況下，某6MW浮式風力機原型葉片在展向70%處的雷諾數(shù)為8.5×106。在模型試驗中，幾何相似葉片在相同位置的雷諾數(shù)為1.6×104，實型葉片所處雷諾數(shù)是模型葉片的527倍。由于雷諾數(shù)的較大變化，幾何相似葉片不能滿足推力相似要求，如圖1所示。由圖1可知，在試驗任務(wù)書規(guī)定的葉尖速比范圍內(nèi)，幾何相似葉片的推力系數(shù)小于試驗?zāi)繕酥�。在額定工況下，幾何相似葉片產(chǎn)生的推力值僅為1.54N，比目標推力值小52.03%。為消除尺度效應(yīng)影響，采用重新設(shè)計葉片的方式滿足推力相似要求。對于杜煒康提出的模型葉片優(yōu)化設(shè)計方法，由于優(yōu)化參數(shù)過多，導(dǎo)致優(yōu)化時間較長。本文提出一種基于氣動相似的模型葉片快速設(shè)計方法。2模型葉片設(shè)計理論及方法2.1設(shè)計理論本文中，模型風力機葉片推力計算采用美國新能源實驗室編寫的AeroDyn軟件，計算理論設(shè)定為動量-葉素理論[8]。動量-葉素理論的主要思路是將葉片分為若干葉素，在假定相鄰葉素互不干擾的前提下，分別計算每個葉素的升、阻力，并在風輪面法向和切向方向投影，進而求得整個葉片上的推力和轉(zhuǎn)矩。對于葉素的升、阻力，在假定葉切面上的受力可代表整個葉素受力條件下，可通過求解葉切面受力得到，如圖2所示。根據(jù)動量理論，翼型處軸向速度V2和周向速度U2分別為V2=（1-a）V1（3）U

型的升力系數(shù)圖譜Fig.3MapofNACA4412liftcoefficient（b）Re=48400～80000（a）Re=1000～4050010008900168002470032600405001.501.251.000.720.500.250.00-0.25-0.50升力系數(shù)Cl功角α/（°）-10-50510152025303548400563006420072100800001.751.501.251.000.750.500.250.00-0.25-0.50升力系數(shù)Cl功角α/（°）-10-50510152025303510008900168002470032600405000.50.40.30.20.10.0升力系數(shù)Cd-10-505101520253035圖4NACA4412翼型的阻力系數(shù)圖譜Fig.4MapofNACA4412dragcoefficient（b）Re=48400～80000功角α/（°）陳哲，等基于氣動相似的浮式風力機模型葉片快速設(shè)計方法幾何相似葉片擬合葉片0.100.080.060.040.020.00弦長c/m葉片展向位置/m0.00.20.40.60.81.0圖5四次多項式擬合葉片不同展向處弦長Fig.5Quarticpolynomialfittingchordlength·263·功角α/（°）


本文編號：3009398