风力机叶片

国内外风力机叶片设计技术调研报告

王德超

2015年9月28日

目录

一、行业概述 .................................................................................................................................. 3

二、叶片设计技术现状................................................................................................................... 5

2.1 翼型是叶片设计的基础 ............................................................................................... 5

2.1.1国内外典型翼型的优点 .......................................................................................... 5

2.1.2后缘襟翼的研究

风电风力机监督试题四

一、名词解释 1、变桨距

叶片根部与轮毂采用可承受径轴向载荷的轴承连接，叶片的浆距角可由变桨距机构调解。 2、安全链

由风力发电机组重要保护元件串联形成，并独立于机组逻辑控制的硬件保护回路。 3、电力技术监督

在电力规划、设计、建设及发电、用电、供电全过程中，以安全和质量为中心，依据国家、行业有关标准、规程，采用有效的测试和管理手段，对电力设备的健康水平及与安全、质量、经济运行有关的重要参数、性能、指标进行检测与控制，以确保其安全优质、经济运行。

4、风轮锥角

叶片相对于旋转轴垂直平面的倾斜度。 5、风轮仰角

风轮旋转轴线和水平面的夹角。 6、风力发电机扫掠面积

垂直于风矢量平面，风轮旋转时叶尖运动所生成圆的投影面积。 7、事故顺序记录

记录设备状态事件顺序功能的数字量信号或者状态码。 8、状态监测

通过对运行中的设备整体或零部件的技术状态进行检测，以判断其运转是否正常，有无异常和劣化的征兆，或对异常情况进行跟踪，预测其恶劣化及磨损程度等。 9、后备电源

在电网掉电时为变桨距控制系统提供能量支撑的电源。 10、功率特性

对发电机发电能力的表述。其曲线图反映了发电机在不同转速

风机尾流分析 摘 要

在风电场场址选定的情况下，风电机组之间的尾流影响风电场风机的优化布置。目前，国内外关于符合风电场风机实际尾流以及迭加模型的研究主要侧重于一维线性模型及其迭加模型的实际应用。为此，推导建立了更加完整合理的一维非线性扩张尾流模型，即尾流影响边界随距离非线性增大；此外，根据风机尾流迭加的实际情况，分别推导建立了完整的风机尾流迭加计算模型来适应现有风电场的不同情形。通过相关工程算例结果与三维数值模拟计算结果的对比分析表明，所建立的风机尾流模型和尾流迭加模型更加合理，可有效提高风电场的发电效益。

结合制动盘理论与CFD方法，采用FLUENT软件对置于有限面积的风电场内的9台风力机尾流相互干扰 情况进行数值模拟。风电场内风力机机组呈梅花型排布，考虑入流角分别为 0°、15°和 30°代表风力机的偏航现象，利用FLUENT提供的FAN边界将风力机风轮简化为无厚度的产生压力跃降的制动盘，采用 N-S 方程求解整个风电 场的流场分布。该文给出流场的速度分布、涡量分布及风力机机组周围的风能密度与湍流强度分布，反映了上游风力机机组的尾流会对下游机组的流场产生干扰的现象。通过对风电场和风力机的成功模拟表明，制动盘理论结合 CF

第1讲 风力机

风力机是风力发电的原动机，其功能是捕获风能并将其转化为驱动发电机旋转的动能。本讲主要介绍风力机的工作原理，重点内容是风力机的风能捕获原理及其功率调节原理。

2．1 风能转换原理(30mins)

1. 风力机结构简介

轮毂、叶片、塔筒、偏航器等；叶片是风能捕获部件，通常是3片叶片；轮毂是用于安装固定叶片的部件。

2. 风能转换原理

风轮轮毂处风速为V0时，风力机所捕获的能量为：

（2－1）

13Pm?CpPw?Cp?A1v0

2式中：Pw为风能；?为空气密度；A1=?R2为风力机叶片扫过面积（R为叶轮半径）；Cp为风能捕获系数，是表征风力机捕获风能大小的一个量，与风力机的转速(?)、风力机的桨距角(?)等因素有关，其理论最大极限值为0.59。

?

风力机的风能利用系数Cp

物理含义：风力机的风轮能够从自然风能中吸取的能量与风轮扫过面积内未扰动气流所具风能的百分比。

Cp=Pm/(0.5*ρSVw3)

Cp?P风力机输出的机械功率＝m输入风轮面内的风力总功率Pw

理想风力机的风能利用系数Cp 得最大值是0.593。Cp值越大，表示风力机能够从自然界中获取的能量百分比越大，风力机的效率越高，即风力机对风能的利用

风机尾流分析 摘 要

在风电场场址选定的情况下，风电机组之间的尾流影响风电场风机的优化布置。目前，国内外关于符合风电场风机实际尾流以及迭加模型的研究主要侧重于一维线性模型及其迭加模型的实际应用。为此，推导建立了更加完整合理的一维非线性扩张尾流模型，即尾流影响边界随距离非线性增大；此外，根据风机尾流迭加的实际情况，分别推导建立了完整的风机尾流迭加计算模型来适应现有风电场的不同情形。通过相关工程算例结果与三维数值模拟计算结果的对比分析表明，所建立的风机尾流模型和尾流迭加模型更加合理，可有效提高风电场的发电效益。

结合制动盘理论与CFD方法，采用FLUENT软件对置于有限面积的风电场内的9台风力机尾流相互干扰 情况进行数值模拟。风电场内风力机机组呈梅花型排布，考虑入流角分别为 0°、15°和 30°代表风力机的偏航现象，利用FLUENT提供的FAN边界将风力机风轮简化为无厚度的产生压力跃降的制动盘，采用 N-S 方程求解整个风电 场的流场分布。该文给出流场的速度分布、涡量分布及风力机机组周围的风能密度与湍流强度分布，反映了上游风力机机组的尾流会对下游机组的流场产生干扰的现象。通过对风电场和风力机的成功模拟表明，制动盘理论结合 CF

风能转换原理与技术课程设计

一、课程设计的名称

基于NACA4412翼型风力机叶片的设计与三维建模

二、课程设计要求

1） 阅读理解“风能转换原理与技术中”叶片设计的相关原理

及设计知识，主要是第五章和第六章相关知识。 2） 编制叶素轴向、周向速度诱导因子、最佳弦长及扭角的计

算的界面程序。

3） 根据程序计算并绘制风力机叶片弦长随叶片展向长度的变

化曲线；

4） 根据程序计算并绘制风力机叶片扭角随叶片展向长度的变

化曲线；

5） 将所设计的叶片的三维模型的进行实体建模（可利用

solidworks，UG，CATIA等任意建模工具） 6） 撰写课程设计报告 三、用到的公式

半径r处的叶尖速比：?0??r

V1切向速度： Vx0?V1(1?a)轴向速度： Vy0??r(1?a')222叶素合成流速： vr?Vx0?Vy0??1?a?V1??1?a'???r?222入流角：sinΦ=攻角：?????

U?(1?a)?r(1?a') cosΦ= w2a叶素切向力：Cy?Clsin??Cdcos? 叶素推力：Cx?Clcos??Cdsin?

诱导速度因子的迭代方程：

a1?a? a'1?a?

叶片弦长实度：

风力机空气动力学常识

作者：曹连芃

关键字：翼型,升力，阻力，相对风速，攻角，失速迎角，叶尖速比，贝茨极限，雷诺数，实度

风能曾是蒸汽机发明之前最重要的动力，数千年前就有了帆船用于交通运输，后来有了风车用来磨面与抽水等。近年来，由于传统能源逐渐枯竭、对环境污染严重，风能作为清洁的新能源得到人们的重视，风力发电已成为重要的新能源。对于想学习风力发电的朋友应该学习一些风力机空气动力学的基础知识。

升力与阻力

风就是流动的空气，把一块薄的平板放在流动的空气中会受到气流对它的作用力。 我们先分析一下平板与气流方向垂直时的情况，此时平板受到的阻力最大，D为阻力，当平板静止时，受阻力虽大但气流并未对平板做功；只有平板在阻力作用下运动，气流才对平板做功；如果平板运动速度方向与气流相同，气流相对平板速度为零，则阻力为零，气流也没有对平板做功。一般说来受阻力运动的平板速度是气流速度的20%至50%时能获得较大的功率。

当平板与气流方向平行时，平板受到的作用力为零。

当平板与气流方向有夹角时，在平板的向风面会受到气流的压力，在平板的下风面会形成负压区，平板两面的压差就产生了侧向作用力F，该力可分解为阻力D与升力L，阻力与气流方向平行，升力与气流方向垂直。

当夹角较小时，平板受到

第26卷 第7期 2006年4月 中 国 电 机 工 程 学 报

Proceedings of the CSEE Vol.26 No.7 Apr. 2006

©2006 Chin.Soc.for Elec.Eng.

文章编号：0258-8013 (2006) 07-0134-06 中图分类号：TM310 文献标识码：A 学科分类号：470 40

基于直流电动机的风力机特性模拟

刘其辉1，贺益康2，赵仁德2

(1．电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室(华北电力大学)，北京市 昌平区 102206；

2．浙江大学电气工程学院，浙江省 杭州市 310027)

Imitation of the Characteristic of Wind Turbine Based on DC Motor

LIU Qi-hui1, HE Yi-kang2, ZHAO Ren-de2

(1. Key Laboratory of Power System Protection and Dynamic Security Monitoring and Control under Ministry of Education

(North China

内蒙古工业大学硕士学位论文

目录

摘要.............................................................................................................................. I ABSTACT ..................................................................................................................... I I 第一章绪论.. (1)

1.1 引言 (1)

1.2 国内外研究现状 (2)

1.2.1 风力机入流研究现状 (2)

1.2.2 气动噪声研究现状 (4)

1.3 研究的主要内容 (6)

第二章CFD软件基础和空气动力学基本理论 (7)

2.1 CFD软件基本控制方程 (7)

2.2 FLUENT软件理论基础 (8)

2.2.1 SIMPLE算法 (8)

2.2.2 湍流模型 (9)

2.2.3 UDF自定义函数 (11)

2.3 风力机动力学理论基础 (11)

2.3.1 动量理论 (11)

2.3.2 叶素理论 (14)

2.

论文

第25卷第2期2009年2月

文章编号：1674-3814（2009）02-0036-05

电网与清洁能源

PowerSystemandCleanEnergy

中图分类号：TM315

Vol.25No.2

Feb.2009文献标志码：A

风力机专用翼型发展现状及其关键气动问题分析

陈

培,杜绵银,刘杰平

（中国航天空气动力技术研究院，北京100074）

DevelopmentStatusandKeyAerodynamicProblemsofWindTurbine

DedicatedAirfoils

CHENPei,DUMian-yin,LIUJie-ping

（ChinaAcademyofAerospaceAerodynamics,Beijing100074,China）

ABSTRACT：Thedesignrequirementswereclarifiedandseveraldesignmethodswereintroducedforwindturbineairfoilinthispaper.Andappropriateapproachwasproposedtopredictairfoilaerodynamicperformance.3Drotationaleffe