風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片設(shè)計(jì)與氣動(dòng)性能仿真研究

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片設(shè)計(jì)與氣動(dòng)性能仿真研究1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片設(shè)計(jì)1.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)總體幾何設(shè)計(jì)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(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)充分利用風(fēng)電阻力，盡可能的提高葉片轉(zhuǎn)動(dòng)速度，將動(dòng)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(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮的是幾何組成問題，本文主要針對葉片設(shè)計(jì)等外觀項(xiàng)目進(jìn)行研究。下面以風(fēng)速為11.6/s的發(fā)電機(jī)為例。葉片在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)需要達(dá)到一定速度，發(fā)電設(shè)備才會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)，該發(fā)電機(jī)的定值風(fēng)速為2.8m/s,最大風(fēng)速為21.8m/so已知這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)后，可進(jìn)行推理運(yùn)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(jìn)行確定，避免對做種結(jié)果造成影響。風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電能會(huì)有一部分被用來維持發(fā)電機(jī)運(yùn)行，剩余部分才會(huì)被傳輸?shù)焦╇娋W(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)過計(jì)算得出最終進(jìn)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(jì)在3個(gè)或者三個(gè)以上,文章研究的為三葉轉(zhuǎn)片。L2風(fēng)力機(jī)葉片截面設(shè)計(jì)方法對風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，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(shí)現(xiàn)，現(xiàn)將葉片整體輪廓模擬在計(jì)算機(jī)設(shè)備中，觀察運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)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(jī)提供動(dòng)力，也可能會(huì)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(jì)工作時(shí)還要考慮風(fēng)向問題

3、。旋轉(zhuǎn)模擬時(shí)需要計(jì)算的數(shù)據(jù)有兩種，首先是風(fēng)能提供的動(dòng)力，絕大部分會(huì)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(jìn)行研究時(shí)進(jìn)行了簡化試驗(yàn)，將原有結(jié)構(gòu)中不必要的部分進(jìn)行刪減，可有效降低葉片自重，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)遇到的阻礙自然也會(huì)隨之減小。下面對計(jì)算流程進(jìn)行詳細(xì)講解，以公式形式來進(jìn)行。盤理論設(shè)計(jì)模型葉素r處弦長C：(2)安裝角e：(3)第二，Schmitz設(shè)計(jì)模型，弦長C：(4)安裝角0:(5)2、數(shù)值計(jì)算湍流模型以下公式可以求出風(fēng)力發(fā)電機(jī)在使用階段出現(xiàn)的風(fēng)能損耗，便于將設(shè)計(jì)系數(shù)控制在固定點(diǎn)中。(6)(7)表示湍動(dòng)耗散率為：(8)Pi為湍流渦團(tuán)粘性系數(shù)，Gk是平均速度梯度引起的湍動(dòng)能k的產(chǎn)

4、生項(xiàng)，CI3、X、C1、C2、C1、C2、(Tk和(7為經(jīng)驗(yàn)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(jì)算結(jié)果進(jìn)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(jìn)行模擬,觀察系統(tǒng)中存在的不合理部分。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生的壓力一部分會(huì)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(huì)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(huì)處于準(zhǔn)備狀態(tài)，此時(shí)可能會(huì)消耗一部分電能，但所需導(dǎo)通時(shí)間會(huì)因此而減小。對葉片進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以促進(jìn)氣動(dòng)性能得到提升，因此對設(shè)計(jì)流程進(jìn)行模擬時(shí)，會(huì)將對啟動(dòng)流程進(jìn)行模仿。4、計(jì)算結(jié)果與分析計(jì)算

5、結(jié)果葉片設(shè)計(jì)涉及到的公式很難通過腦力計(jì)算得出結(jié)果，可通過Fluent軟件來進(jìn)行，由于計(jì)算內(nèi)容眾多，需要將此部分公式一一計(jì)算出來，為安裝階段提供保障。計(jì)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(jìn)行分析，最后在那個(gè)判斷數(shù)值為235165.24Nm。明確這些數(shù)據(jù)后可對葉片進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，對其中各類數(shù)值進(jìn)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(jìn)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(jì)算結(jié)果可以很了解到重，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中也能風(fēng)力機(jī)三維葉片氣動(dòng)的特性，以及其壓力、流速等重要?dú)鈩?dòng)參數(shù)的分布特點(diǎn)，并能很好的得出葉片周圍的流場分布，為葉片氣

6、動(dòng)設(shè)計(jì)和改型提供重要的參考。由葉片正面和背面的壓強(qiáng)、流速、湍流、速度矢量和流場可以得出，該設(shè)計(jì)的葉片具有良好的氣動(dòng)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(qiáng)和流速等分布符合氣動(dòng)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(jī)在設(shè)計(jì)理念中存在很大差異，氣動(dòng)性仿真設(shè)計(jì)自然要結(jié)合現(xiàn)實(shí)調(diào)查數(shù)據(jù)來進(jìn)行。在對氣動(dòng)性進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將風(fēng)力阻礙作用引入其中，可促進(jìn)設(shè)計(jì)方案更具有可行性，葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重要組成部分，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)功能的部分，對其進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)考慮全面。文章中設(shè)計(jì)工作從分析與計(jì)算兩方面進(jìn)行，可為供電系統(tǒng)提供安全保障，在建設(shè)成本方面也會(huì)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(jìn)行氣動(dòng)數(shù)值模擬計(jì)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。基本上都達(dá)到了1.5MW的設(shè)計(jì)軸功率要求。滿足葉片設(shè)計(jì)的氣動(dòng)性能。結(jié)語通過對風(fēng)力發(fā)電機(jī)