風(fēng)力發(fā)電機葉片設(shè)計與氣動性能仿真研究

1、風(fēng)力發(fā)電機葉片設(shè)計與氣動性能仿真研究1、風(fēng)力發(fā)電機葉片設(shè)計1.1 風(fēng)力發(fā)電機總體幾何設(shè)計風(fēng)力發(fā)電設(shè)備由葉片，電網(wǎng)系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)齒輪、支撐柱等幾部分組成。對其進行設(shè)計應(yīng)充分利用風(fēng)電阻力，盡可能的提高葉片轉(zhuǎn)動速度，將動能轉(zhuǎn)換為電能，由電網(wǎng)系統(tǒng)輸送至使用部位。對風(fēng)力發(fā)電機進行設(shè)計時首先要考慮的是幾何組成問題，本文主要針對葉片設(shè)計等外觀項目進行研究。下面以風(fēng)速為11.6/s的發(fā)電機為例。葉片在轉(zhuǎn)動時需要達到一定速度，發(fā)電設(shè)備才會運轉(zhuǎn)，該發(fā)電機的定值風(fēng)速為2.8m/s,最大風(fēng)速為21.8m/so已知這兩項數(shù)據(jù)后，可進行推理運算，公式如下所示。(1)其中D表示風(fēng)輪直徑大小，P為功率值，Cp在公式中的含義是可利

2、用的風(fēng)能總數(shù)量，也就是系數(shù)。系數(shù)是已知的，但要根據(jù)不同使用情況對系數(shù)范圍進行確定，避免對做種結(jié)果造成影響。風(fēng)輪轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電能會有一部分被用來維持發(fā)電機運行，剩余部分才會被傳輸?shù)焦╇娋W(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)過計算得出最終進入到電網(wǎng)中的電量大約是總生成量的80%左右。葉片數(shù)量設(shè)計在3個或者三個以上,文章研究的為三葉轉(zhuǎn)片。L2風(fēng)力機葉片截面設(shè)計方法對風(fēng)力發(fā)電機葉片進行設(shè)計時，首先要考慮葉片角度對轉(zhuǎn)速的影響，通常使用建模方法來實現(xiàn)，現(xiàn)將葉片整體輪廓模擬在計算機設(shè)備中，觀察運轉(zhuǎn)時動力與阻力數(shù)值。在使用過程中風(fēng)力并不能完全為發(fā)電機提供動力，也可能會產(chǎn)生阻力，這與風(fēng)向之間有著必然聯(lián)系，因此在開展設(shè)計工作時還要考慮風(fēng)向問題

3、。旋轉(zhuǎn)模擬時需要計算的數(shù)據(jù)有兩種，首先是風(fēng)能提供的動力，絕大部分會轉(zhuǎn)換為電能，此外需要注意的是風(fēng)力阻礙作用。國外學(xué)者在對此方面課題進行研究時進行了簡化試驗，將原有結(jié)構(gòu)中不必要的部分進行刪減，可有效降低葉片自重，運轉(zhuǎn)時遇到的阻礙自然也會隨之減小。下面對計算流程進行詳細講解，以公式形式來進行。盤理論設(shè)計模型葉素r處弦長C：(2)安裝角e：(3)第二，Schmitz設(shè)計模型，弦長C：(4)安裝角0:(5)2、數(shù)值計算湍流模型以下公式可以求出風(fēng)力發(fā)電機在使用階段出現(xiàn)的風(fēng)能損耗，便于將設(shè)計系數(shù)控制在固定點中。(6)(7)表示湍動耗散率為：(8)Pi為湍流渦團粘性系數(shù)，Gk是平均速度梯度引起的湍動能k的產(chǎn)

4、生項，CI3、X、C1、C2、C1、C2、(Tk和(7為經(jīng)驗常數(shù)。取值為：c口=0.09,C1.44,Tk=l.92,Tk=l.0,T=1.3o3、建模、網(wǎng)格劃分和邊界條件設(shè)定對計算結(jié)果進行分析可以得出上述結(jié)論，但還需工作人員對現(xiàn)場情況進行模擬,觀察系統(tǒng)中存在的不合理部分。發(fā)動機轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生的壓力一部分會被損耗掉，在轉(zhuǎn)輪周圍擁有壓力排放裝置，可使內(nèi)部壓力處于恒定狀態(tài)，并不會對發(fā)電流程造成影響。在其靜止?fàn)顟B(tài)下，風(fēng)力發(fā)電會處于準(zhǔn)備狀態(tài)，此時可能會消耗一部分電能，但所需導(dǎo)通時間會因此而減小。對葉片進行設(shè)計，可以促進氣動性能得到提升，因此對設(shè)計流程進行模擬時，會將對啟動流程進行模仿。4、計算結(jié)果與分析計算

5、結(jié)果葉片設(shè)計涉及到的公式很難通過腦力計算得出結(jié)果，可通過Fluent軟件來進行，由于計算內(nèi)容眾多，需要將此部分公式一一計算出來，為安裝階段提供保障。計算結(jié)果如下所示.將軸力矩確定在-2014232.4范圍內(nèi)，用X表示。除此之外還應(yīng)對數(shù)據(jù)Y進行分析，最后在那個判斷數(shù)值為235165.24Nm。明確這些數(shù)據(jù)后可對葉片進行詳細設(shè)計，對其中各類數(shù)值進行標(biāo)注，避免安裝階段出現(xiàn)誤差。在合理范圍內(nèi)對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備進行優(yōu)化，可有效的降低自更好的將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能。從計算結(jié)果可以很了解到重，在運轉(zhuǎn)過程中也能風(fēng)力機三維葉片氣動的特性，以及其壓力、流速等重要氣動參數(shù)的分布特點，并能很好的得出葉片周圍的流場分布，為葉片氣

6、動設(shè)計和改型提供重要的參考。由葉片正面和背面的壓強、流速、湍流、速度矢量和流場可以得出，該設(shè)計的葉片具有良好的氣動流態(tài)，流速場也較為平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)大范圍的漩渦等情況，正背面的壓強和流速等分布符合氣動理論。5、研究結(jié)果分析通過分析對比得出，兩種風(fēng)力發(fā)電機在設(shè)計理念中存在很大差異，氣動性仿真設(shè)計自然要結(jié)合現(xiàn)實調(diào)查數(shù)據(jù)來進行。在對氣動性進行仿真實驗時，應(yīng)將風(fēng)力阻礙作用引入其中，可促進設(shè)計方案更具有可行性，葉片是風(fēng)力發(fā)電機的重要組成部分，同時也是實現(xiàn)功能的部分，對其進行設(shè)計應(yīng)考慮全面。文章中設(shè)計工作從分析與計算兩方面進行，可為供電系統(tǒng)提供安全保障，在建設(shè)成本方面也會有明顯的節(jié)約。NACA4412翼型和FFA-W3-211翼型兩種葉片的三維幾何建模和網(wǎng)格劃分后，在額定風(fēng)速的工況下進行氣動數(shù)值模擬計算。得出NACA4412翼型葉片旋轉(zhuǎn)力矩為238710.02Nm,三葉片軸功率為1.296MW;FFA-W3-211翼型葉片旋轉(zhuǎn)力矩為270068. 1葉片軸功率為1.466MW?；旧隙歼_到了1.5MW的設(shè)計軸功率要求。滿足葉片設(shè)計的氣動性能。結(jié)語通過對風(fēng)力發(fā)電機