浮式海上風力機試驗模型葉片優(yōu)化設計與性能研究.pdf

1、在對浮式風力機進行水池模型試驗時,尺度效應使試驗葉片的風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)推導了浮式風力機水池試驗中應滿足的相似關系,并選取美國可再生能源試驗室發(fā)布的5MW風力機,以1:50為幾何縮尺比,計算了模型風力機的設計參數(shù)。隨后使用 XFOIL軟件計算了六種翼型在原型和模型雷諾數(shù)下的升、阻力系數(shù)。通過對比發(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,這是尺度效應產生的原因。使用動量葉素理

2、論計算對比了原型葉片與模型葉片的風輪推力。結果表明,模型葉片的實際推力值遠低于目標值。為此,需要對試驗葉片進行重新設計。
　　設計分為兩個步驟,第一步為翼型選擇,通過計算 NACA4412翼型的升、阻力系數(shù),并對比NACA64-618單翼型葉片和NACA4412單翼型葉片的風輪推力,選定 NACA4412翼型作為葉片進一步設計的基礎;第二步為優(yōu)化模型的建立,使用多項式擬合弦長和安裝角沿徑向的分布,選擇多項式系數(shù)作為優(yōu)化變量,以實際

3、推力值達到目標推力值為優(yōu)化目標,合理設定約束條件,建立優(yōu)化數(shù)學模型。使用MATLAB軟件自帶的優(yōu)化工具箱模矢搜索(pattern search),對優(yōu)化模型進行了求解。結果表明,優(yōu)化后的葉片在試驗風速下,風輪推力可以達到滿足弗汝德數(shù)相似的目標推力值,從而得到了能較準確模擬風輪推力的試驗用葉片。
　　出于結構方面的考慮,本文又進一步探討了如何使用混合翼型設計葉片,計算并對比了四款試驗葉片的風輪推力和轉動慣量。針對這一套設計和計算葉片