风电机组风轮气动特性仿真与风洞试验

【摘要】：为了研究风电机组风轮气动特性,对其进行了仿真和风洞试验。 研究比较了叶片的设计方法,考虑了叶尖损失,选择Wilson设计模型用MATLAB编写了设计叶片的程序,来计算叶片各个不同截面的弦长和扭角参数,并对其进行拟合优化,以便于加工。 通过对风电机组专用低风速翼型与传统翼型的仿真,得出了在低雷诺数下风电机组专用低风速翼型具有更好的气动性能的结论。为风电机组专用低风速翼型的进一步研究提供参考。 利用GH Bladed建立了风轮仿真模型,根据风洞试验工况进行仿真,功率仿真结果与风洞试验结果一致,证明了仿真模型的可行性。 提出了一种测量叶片根部应变的试验方法,能有效地减小叶片自重对叶片根部应变的测量结果的影响。试验开始前,应将贴有应变片的叶片的轴线方向保持垂直向上或者垂直向下,再在应变测量软件imc CANSAS模块中对全桥桥路执行零平衡,这样在后续的处理数据时取值某一段时间内的几何平均值为应变,能够抵消大部分叶片自重对结果的影响。 从叶片根部应变曲线来看,初始阶段,应变变化量较大,随后在不同风速以在某个值为基础上下起伏,但基本趋于平衡。在风轮开始转动以后,随着转速的增加,由于叶片的自重使得离心力作用增加,叶片根部的应变变化量呈减小趋势。然而,测量的应变是个相对值,并不能由此计算出叶片根部的绝对应力。 试验机组风轮的起动风速在45。桨距角时最小为7.8m/s,在0。桨距角时最大为13.9m/s；最大停机风速在35。桨距角时最小为5.96m/s,在0。桨距角时最大为11.42m/s。起动风速和最大停机风速较大的差值说明风电机组试验模型的传动系统存在着一定的静摩擦力或者由风轮质量不平衡引起的力矩,使风轮起动需要消耗一部分能量。也证明了在较大的桨距角下,风轮容易获得较大的转矩。 【关键词】：风电机组 风轮 气动特性 仿真 风洞试验 应变
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景11
• 1.2 风电现状11-18
• 1.2.1 国外风电发展现状11-13
• 1.2.2 国外风电研究现状13-14
• 1.2.3 国内风电发展现状14-17
• 1.2.4 国内风电研究现状17
• 1.2.5 挑战及建议17-18
• 1.3 论文研究内容18-19
• 第2章 风电机组基础理论19-32
• 2.1 风轮性能系数19-20
• 2.1.1 叶尖速比19
• 2.1.2 风能利用系数19
• 2.1.3 推力系数和扭矩系数19-20
• 2.2 风电机组基础理论20-30
• 2.2.1 风轮尾流不旋转的动量理论20-22
• 2.2.2 风轮尾流旋转的动量理论22-25
• 2.2.3 叶素理论25-29
• 2.2.4 动量叶素理论29-30
• 2.3 本章小结30-32
• 第3章 叶片设计32-44
• 3.1 风轮直径和额定转速32
• 3.2 额定风速32
• 3.3 叶尖速比32-33
• 3.4 翼型33-36
• 3.4.1 雷诺数33-34
• 3.4.2 翼型参数34-36
• 3.5 叶片设计模型36-39
• 3.5.1 简化设计模型36
• 3.5.2 Schmitz设计模型36
• 3.5.3 Glauert设计模型36-37
• 3.5.4 Wilson设计模型37-39
• 3.6 叶片设计结果39-43
• 3.7 本章小结43-44
• 第4章 风电机组风轮气动特性仿真44-52
• 4.1 仿真模型44-47
• 4.1.1 风轮44-46
• 4.1.2 传动链46-47
• 4.1.3 风速模块47
• 4.2 仿真结果47-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第5章 风电机组风轮气动特性风洞试验52-81
• 5.1 风洞52-53
• 5.2 试验方案53
• 5.3 试验设备和仪器53-66
• 5.3.1 永磁电机53
• 5.3.2 扭矩传感器53-56
• 5.3.3 应力应变仪56-57
• 5.3.4 叶片57-58
• 5.3.5 应变片58-62
• 5.3.6 电压表62
• 5.3.7 电流表62-63
• 5.3.8 负载63-64
• 5.3.9 风电机组风洞试验模型64-66
• 5.4 试验结果与分析66-80
• 5.4.1 叶片根部应变标定66-69
• 5.4.2 应变分析69-77
• 5.4.3 起动风速和最大停机风速77-78
• 5.4.4 功率曲线修正系数78-80
• 5.5 本章小结80-81
• 第6章 结论与展望81-83
• 6.1 结论81-82
• 6.2 展望82-83
• 参考文献83-87
• 附录87-94
• 攻读硕士学位期间发表的论文94-95
• 致谢95

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