【摘要】：風(fēng)能作為一種綠色可再生能源,其開發(fā)利用已受到世界各國(guó)的普遍關(guān)注,其中水平軸風(fēng)力機(jī)是風(fēng)能利用的最主要形式。在風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)中,關(guān)鍵部件葉片的氣動(dòng)外形對(duì)風(fēng)力機(jī)獲取風(fēng)能的能力具有決定作用,因此研究風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)對(duì)更高效利用風(fēng)能、節(jié)約資源具有重要意義。論文以1.5MW水平軸風(fēng)力機(jī)為研究對(duì)象,以葉素-動(dòng)量理論為基礎(chǔ),建立了葉片氣動(dòng)外形計(jì)算模型,并利用MATLAB程序進(jìn)行了葉片的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì),得到了葉片外形參數(shù);為了獲得葉片任意位置處的幾何參數(shù),自行編制程序?qū)崿F(xiàn)了葉片外形參數(shù)的自動(dòng)多項(xiàng)式擬合修正和直線修正,程序還可以對(duì)設(shè)計(jì)獲得的葉片進(jìn)行氣動(dòng)性能計(jì)算;通過對(duì)比兩種修正方法得到葉片氣動(dòng)性能的計(jì)算結(jié)果表明,多項(xiàng)式擬合修正更有利于高性能葉片的獲取。為了減少計(jì)算時(shí)間,論文利用統(tǒng)一格式葉片幾何數(shù)據(jù)文件的儲(chǔ)存與調(diào)取實(shí)現(xiàn)了氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)程序和性能計(jì)算程序的聯(lián)合。針對(duì)同一設(shè)計(jì)結(jié)果,通過改變氣動(dòng)性能計(jì)算時(shí)所取葉素?cái)?shù)目,進(jìn)行了葉素?cái)?shù)目對(duì)葉片氣動(dòng)性能計(jì)算結(jié)果影響的研究。結(jié)果表明,使性能計(jì)算精度達(dá)到要求的最佳葉素?cái)?shù)目為35。由于均勻選取葉素位置不利于提升設(shè)計(jì)獲得葉片的氣動(dòng)性能,論文提出采用非均勻選取葉素位置進(jìn)行葉片氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)的方法。通過實(shí)例計(jì)算表明,尖速比越大利用該方法設(shè)計(jì)得到葉片的功率系數(shù)提升越明顯。這一結(jié)論對(duì)進(jìn)一步提高葉片氣動(dòng)性能具有工程意義。借助三維建模軟件,論文建立了葉片的三維實(shí)體模型,并將葉片模型導(dǎo)入到商用計(jì)算流體力學(xué)軟件CFX中后,進(jìn)行了風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)工況下流場(chǎng)的數(shù)值模擬。通過對(duì)功率系數(shù)、推力系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù)等計(jì)算結(jié)果的分析表明,數(shù)值模擬與MATLAB程序計(jì)算結(jié)果之間誤差不超過10%,誤差的產(chǎn)生主要由于理論計(jì)算未考慮葉片的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)及對(duì)葉根部分的近似處理等,但在工程可接受范圍內(nèi)。以上研究說明MATLAB理論計(jì)算和CFD數(shù)值模擬這兩種獲取葉片氣動(dòng)性能參數(shù)的方法在進(jìn)行葉片氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)時(shí)均是可行的,且對(duì)葉片氣動(dòng)外形的優(yōu)化具有理論研究?jī)r(jià)值和實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK83

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本文編號(hào)：2702323