CAD/CAE/CAPP/CAM
现代制造工程（ModemManufacturingEngineering）
兆瓦级风力发电机叶片的气动特性分析
周丹，孙文磊，李祥雨
（新疆大学机械工程学院，乌鲁木齐830049）
2015年第12期
摘要：以1.5MW风力发电机为例，论述叶片与来流空气之间的相互作用（气动特性）。首先建立气动模型，采用数值模拟方法对叶片翼型的三维动态绕流流场进行计算。然后以叶片表面边界层理论分析的结果为基础，给出三维旋转效应对气流分离影响的解析关系，为准确计算旋转叶片的气动载荷提供基础。最后在叶片三维紊流风场下建立紊流风模型以及气动载荷计算模型。
关键调：风力发电机：叶片：气动特性分析：气动载荷
中图分类号：TK83文献标志码：A文章编号：1671—3133(2015)12—0055—06
Analysisonaerodynamiccharacteristics oftheMwwindturbineblade
Zhou Dan,Sun Wenlei,Li Xiangyu
(Department of Mechanical Engineering,Xinjiang University,Urumqi 830049,China)
Abstract: In the case of 1. 5 MW wind turbines,mainly discusses the interaction between leaf and air to flow (aerodynamic char-acteristies). Firstly,set up the leaf blade aerodynamic model, and adopt the method of numerical simulation for flow around 3D dynamic blade airfoil flow field is calculated. Then it bases on the blade surface boundary layer theory analysis results,and gives the analytic relation about 3D rotational effect on flow separation,provides the basis for accurate caiculations of the aerodynamic load of rotor blades. Finally in the blade three-dimensional turbulent wind field model of turbulent wind and aerodynamic load cal-culation model is set up.
Key words : wind turbine;blade;aerodynamic characteristics analysis;aerodynamic load
0引言
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。中国风机叶片行业的发展是随着风电产业及风电设备行业的发展而发展起来的。风力发电机组需要用叶片将流动的风能转化为发电机转动的动能，因此叶片是风力发电机组中最基础、最关键的部件，也是风力发电技术的重点和难点。其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是决定机组正常稳定运行的重要因素，叶片设计的综合性能直接关系到风力发电机气动性能和综合相关性能[2]。为了保证风力发电机整机能稳定、高效的运行，必须研究兆瓦级风能发电机组叶片的气动特性，本文以1.5MW 风力发电机为例，论述了风力发电机叶片的气动特性。而分析气动特性的基础是得到详实、准确的叶片载荷数据[3]。
，新疆维吾尔自治区研究生科研创新资助项目（XJGRI2013031）万方数据
1气动模型的建立与气动特性研究 1.1气动模型的建立
气动模型是气动载荷计算的基础，建立气动模型以叶素动量理论（BEM）、叶尖和轮毅损失模型、动态失速模型和尾流模型作为模型的基础4)。采用数值模拟的方法对叶片翼型的三维动态绕流流场进行计算，通过计算结果讨论对翼型流场发生动态失速时的气动特性。
叶素动量理论(BEM)中，假设理想的风轮没有轮毅，叶片数为无穷多，通过的气流未受到阻力，且在整个风轮扫掠面上的气流是均匀的，但风机在实际运行中，风机的叶片数只有3个，为修正叶素动量理论中假定的叶片数无穷的假设，考虑叶尖损失，建立叶尖损失模型。从而引出修正因子h为：
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