本文選題：風(fēng)力機(jī)葉片　切入點(diǎn)：翼型集成理論　出處：《北京交通大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著能源和環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻,新能源的研究越來越受到各國的關(guān)注和重視。風(fēng)能是無污染的可再生能源,也是地球上最古老的能源之一,具有蘊(yùn)藏量大,分布廣的優(yōu)點(diǎn)。降低風(fēng)力發(fā)電成本對現(xiàn)代風(fēng)力機(jī)提出高性能的要求,針對這一問題,本文以風(fēng)力機(jī)專用翼型參數(shù)化設(shè)計為基礎(chǔ),提出了一種風(fēng)力機(jī)翼型、葉片以及聚能裝置協(xié)同設(shè)計的方法,并系統(tǒng)研究了風(fēng)力機(jī)的參數(shù)化表達(dá)、設(shè)計與分析理論。為實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)葉片的三維參數(shù)化設(shè)計與建模,建立了包含風(fēng)力機(jī)翼型輪廓線以及弦長分布和扭角分布的混合參數(shù)化數(shù)學(xué)模型。綜合翼型集成參數(shù)化理論與Bezier曲線擬合的混合建模方法,以擬合標(biāo)準(zhǔn)差最小為目標(biāo),對風(fēng)力機(jī)翼型形狀函參數(shù)的最優(yōu)值進(jìn)行了迭代求解,同時對弦長分布和扭角分布進(jìn)行了修正和參數(shù)化表達(dá),從而獲得了更加光順的風(fēng)力機(jī)葉片外形。以某小型風(fēng)力機(jī)葉片為例,通過用58個控制參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化建模,對應(yīng)參數(shù)化表達(dá)的擬合風(fēng)力機(jī)葉片在功率、載荷和噪聲等變化曲線與原風(fēng)力機(jī)吻合一致,符合收斂的精度的要求,為風(fēng)力機(jī)葉片三維協(xié)同參數(shù)化設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。為了得到擁有優(yōu)良?xì)鈩犹匦郧业驮肼曀降娘L(fēng)力機(jī)專用翼型的輪廓線,提出了翼型多工況點(diǎn)多目標(biāo)綜合優(yōu)化設(shè)計方法�；谌~片不同部位對翼型的特殊要求,建立了各自優(yōu)化命題和求解方法,為低風(fēng)速風(fēng)場工況下的小型風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計了一套具有高氣動性能、低噪聲水平的風(fēng)力機(jī)專用翼型族。提高風(fēng)力機(jī)功率系數(shù)是降低風(fēng)力機(jī)發(fā)電成本的關(guān)鍵技術(shù),為此提出了一種聚能風(fēng)力機(jī)構(gòu)型設(shè)計及其運(yùn)行特性的優(yōu)化設(shè)計方法。基于擴(kuò)散器計算流體力學(xué)模型和葉素動量理論,推導(dǎo)了傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī)與聚能風(fēng)力機(jī)統(tǒng)一的氣動性能計算模型。通過翼型、擴(kuò)散器裝置、葉片數(shù)和槳距角的協(xié)同優(yōu)化配置得到了一種小型高效的聚能風(fēng)力機(jī)葉片。與同等尺寸的傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī)葉片對比,優(yōu)化得到的聚能風(fēng)力機(jī)的啟動風(fēng)速得到了有效降低,且年發(fā)電量為原風(fēng)力機(jī)的1.96倍。
[Abstract]:With the increasingly serious energy and environmental problems, the research of new energy has attracted more and more attention. Wind energy is a non-polluting renewable energy, and it is one of the oldest energy sources on the earth. The advantages of wide distribution. To reduce the cost of wind power generation, a new type of wind turbine wing is proposed based on the parameterized design of the special airfoil of the wind turbine, aiming at the demand of high performance for the modern wind turbine. In order to realize the 3D parametric design and modeling of wind turbine blade, the parametric expression, design and analysis theory of wind turbine are studied systematically. A hybrid parameterized mathematical model including wind wing profile, chord length distribution and torsional angle distribution is established. A hybrid modeling method based on the integrated parameterization theory of airfoil and Bezier curve fitting is proposed. The minimum fitting standard deviation is the objective. The optimal value of the shape function parameters of wind wing is solved iteratively, and the chord length distribution and torsional angle distribution are modified and parameterized to obtain a more smooth blade shape of wind turbine. A small wind turbine blade is taken as an example. By parameterized modeling with 58 control parameters, the corresponding parameterized fitting curves of wind turbine blades in power, load and noise are consistent with those of the original wind turbine, and accord with the requirements of convergence accuracy. It provides a theoretical basis for the 3D collaborative parametric design of wind turbine blades. In order to obtain the contour of the special airfoil of wind turbine with excellent aerodynamic characteristics and low noise level, Based on the special requirements of different parts of the blade for airfoil, the optimization proposition and solution method are established. A set of special airfoil families with high aerodynamic performance and low noise level is designed for small wind turbine blades under low wind speed. Increasing the power coefficient of wind turbine is the key technology to reduce the cost of wind turbine power generation. In this paper, an optimal design method of shaped wind mechanism and its operating characteristics is proposed. Based on the diffuser computational fluid dynamics model and the theory of leaf element momentum, The unified aerodynamic performance calculation model of traditional wind turbine and shaped wind turbine is derived. A small and efficient shaped wind turbine blade is obtained by co-optimizing the number of blades and the pitch angle of the propeller. Compared with the traditional wind turbine blades of the same size, the start-up wind speed of the optimized shaped wind turbine is reduced effectively. And the annual power generation is 1.96 times of the original wind turbine.
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM315

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9 朱，

本文編號：1596240