浮式海上風(fēng)力機(jī)試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿~片優(yōu)化設(shè)計(jì)與性能研究.pdf

1、在對(duì)浮式風(fēng)力機(jī)進(jìn)行水池模型試驗(yàn)時(shí),尺度效應(yīng)使試驗(yàn)葉片的風(fēng)輪推力不能滿足弗汝德數(shù)相似條件。本文首先從Π定理出發(fā)推導(dǎo)了浮式風(fēng)力機(jī)水池試驗(yàn)中應(yīng)滿足的相似關(guān)系,并選取美國(guó)可再生能源試驗(yàn)室發(fā)布的5MW風(fēng)力機(jī),以1:50為幾何縮尺比,計(jì)算了模型風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)。隨后使用 XFOIL軟件計(jì)算了六種翼型在原型和模型雷諾數(shù)下的升、阻力系數(shù)。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),從原型葉片到模型葉片,雷諾數(shù)的變化使升力系數(shù)下降,阻力系數(shù)上升,這是尺度效應(yīng)產(chǎn)生的原因。使用動(dòng)量葉素理

2、論計(jì)算對(duì)比了原型葉片與模型葉片的風(fēng)輪推力。結(jié)果表明,模型葉片的實(shí)際推力值遠(yuǎn)低于目標(biāo)值。為此,需要對(duì)試驗(yàn)葉片進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。
　　設(shè)計(jì)分為兩個(gè)步驟,第一步為翼型選擇,通過(guò)計(jì)算 NACA4412翼型的升、阻力系數(shù),并對(duì)比NACA64-618單翼型葉片和NACA4412單翼型葉片的風(fēng)輪推力,選定 NACA4412翼型作為葉片進(jìn)一步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ);第二步為優(yōu)化模型的建立,使用多項(xiàng)式擬合弦長(zhǎng)和安裝角沿徑向的分布,選擇多項(xiàng)式系數(shù)作為優(yōu)化變量,以實(shí)際

3、推力值達(dá)到目標(biāo)推力值為優(yōu)化目標(biāo),合理設(shè)定約束條件,建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。使用MATLAB軟件自帶的優(yōu)化工具箱模矢搜索(pattern search),對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行了求解。結(jié)果表明,優(yōu)化后的葉片在試驗(yàn)風(fēng)速下,風(fēng)輪推力可以達(dá)到滿足弗汝德數(shù)相似的目標(biāo)推力值,從而得到了能較準(zhǔn)確模擬風(fēng)輪推力的試驗(yàn)用葉片。
　　出于結(jié)構(gòu)方面的考慮,本文又進(jìn)一步探討了如何使用混合翼型設(shè)計(jì)葉片,計(jì)算并對(duì)比了四款試驗(yàn)葉片的風(fēng)輪推力和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。針對(duì)這一套設(shè)計(jì)和計(jì)算葉片