风力发电机叶片设计与气动性能仿真研究

1、风力发电机叶片设计与气动性能仿真研究1、风力发电机叶片设计1.1 风力发电机总体几何设计风力发电设备由叶片，电网系统、旋转齿轮、支撑柱等几部分组成。对其进行设计应充分利用风电阻力，尽可能的提高叶片转动速度，将动能转换为电能，由电网系统输送至使用部位。对风力发电机进行设计时首先要考虑的是几何组成问题，本文主要针对叶片设计等外观项目进行研究。下面以风速为11.6/s的发电机为例。叶片在转动时需要达到一定速度，发电设备才会运转，该发电机的定值风速为2.8m/s,最大风速为21.8m/so已知这两项数据后，可进行推理运算，公式如下所示。(1)其中D表示风轮直径大小，P为功率值，Cp在公式中的含义是可利

2、用的风能总数量，也就是系数。系数是已知的，但要根据不同使用情况对系数范围进行确定，避免对做种结果造成影响。风轮转动产生的电能会有一部分被用来维持发电机运行，剩余部分才会被传输到供电网络中，经过计算得出最终进入到电网中的电量大约是总生成量的80%左右。叶片数量设计在3个或者三个以上,文章研究的为三叶转片。L2风力机叶片截面设计方法对风力发电机叶片进行设计时，首先要考虑叶片角度对转速的影响，通常使用建模方法来实现，现将叶片整体轮廓模拟在计算机设备中，观察运转时动力与阻力数值。在使用过程中风力并不能完全为发电机提供动力，也可能会产生阻力，这与风向之间有着必然联系，因此在开展设计工作时还要考虑风向问题

3、。旋转模拟时需要计算的数据有两种，首先是风能提供的动力，绝大部分会转换为电能，此外需要注意的是风力阻碍作用。国外学者在对此方面课题进行研究时进行了简化试验，将原有结构中不必要的部分进行删减，可有效降低叶片自重，运转时遇到的阻碍自然也会随之减小。下面对计算流程进行详细讲解，以公式形式来进行。盘理论设计模型叶素r处弦长C：(2)安装角e：(3)第二，Schmitz设计模型，弦长C：(4)安装角0:(5)2、数值计算湍流模型以下公式可以求出风力发电机在使用阶段出现的风能损耗，便于将设计系数控制在固定点中。(6)(7)表示湍动耗散率为：(8)Pi为湍流涡团粘性系数，Gk是平均速度梯度引起的湍动能k的产

4、生项，CI3、X、C1、C2、C1、C2、(Tk和(7为经验常数。取值为：c口=0.09,C1.44,Tk=l.92,Tk=l.0,T=1.3o3、建模、网格划分和边界条件设定对计算结果进行分析可以得出上述结论，但还需工作人员对现场情况进行模拟,观察系统中存在的不合理部分。发动机转轮产生的压力一部分会被损耗掉，在转轮周围拥有压力排放装置，可使内部压力处于恒定状态，并不会对发电流程造成影响。在其静止状态下，风力发电会处于准备状态，此时可能会消耗一部分电能，但所需导通时间会因此而减小。对叶片进行设计，可以促进气动性能得到提升，因此对设计流程进行模拟时，会将对启动流程进行模仿。4、计算结果与分析计算

5、结果叶片设计涉及到的公式很难通过脑力计算得出结果，可通过Fluent软件来进行，由于计算内容众多，需要将此部分公式一一计算出来，为安装阶段提供保障。计算结果如下所示.将轴力矩确定在-2014232.4范围内，用X表示。除此之外还应对数据Y进行分析，最后在那个判断数值为235165.24Nm。明确这些数据后可对叶片进行详细设计，对其中各类数值进行标注，避免安装阶段出现误差。在合理范围内对风力发电设备进行优化，可有效的降低自更好的将风能转换为电能。从计算结果可以很了解到重，在运转过程中也能风力机三维叶片气动的特性，以及其压力、流速等重要气动参数的分布特点，并能很好的得出叶片周围的流场分布，为叶片气

6、动设计和改型提供重要的参考。由叶片正面和背面的压强、流速、湍流、速度矢量和流场可以得出，该设计的叶片具有良好的气动流态，流速场也较为平稳，没有出现大范围的漩涡等情况，正背面的压强和流速等分布符合气动理论。5、研究结果分析通过分析对比得出，两种风力发电机在设计理念中存在很大差异，气动性仿真设计自然要结合现实调查数据来进行。在对气动性进行仿真实验时，应将风力阻碍作用引入其中，可促进设计方案更具有可行性，叶片是风力发电机的重要组成部分，同时也是实现功能的部分，对其进行设计应考虑全面。文章中设计工作从分析与计算两方面进行，可为供电系统提供安全保障，在建设成本方面也会有明显的节约。NACA4412翼型和FFA-W3-211翼型两种叶片的三维几何建模和网格划分后，在额定风速的工况下进行气动数值模拟计算。得出NACA4412翼型叶片旋转力矩为238710.02Nm,三叶片轴功率为1.296MW;FFA-W3-211翼型叶片旋转力矩为270068. 1叶片轴功率为1.466MW。基本上都达到了1.5MW的设计轴功率要求。满足叶片设计的气动性能。结语通过对风力发电机