原文传递
浮式海上风力机试验模型叶片优化设计与性能研究
| 论文题名： | 浮式海上风力机试验模型叶片优化设计与性能研究 |
| 关键词： | 浮式风力机;水池试验;尺度效应;风轮推力;叶片优化 |
| 摘要： | 在对浮式风力机进行水池模型试验时,尺度效应使试验叶片的风轮推力不能满足弗汝德数相似条件。本文首先从Π定理出发推导了浮式风力机水池试验中应满足的相似关系,并选取美国可再生能源试验室发布的5MW风力机,以1:50为几何缩尺比,计算了模型风力机的设计参数。随后使用 XFOIL软件计算了六种翼型在原型和模型雷诺数下的升、阻力系数。通过对比发现,从原型叶片到模型叶片,雷诺数的变化使升力系数下降,阻力系数上升,这是尺度效应产生的原因。使用动量叶素理论计算对比了原型叶片与模型叶片的风轮推力。结果表明,模型叶片的实际推力值远低于目标值。为此,需要对试验叶片进行重新设计。 设计分为两个步骤,第一步为翼型选择,通过计算 NACA4412翼型的升、阻力系数,并对比NACA64-618单翼型叶片和NACA4412单翼型叶片的风轮推力,选定 NACA4412翼型作为叶片进一步设计的基础;第二步为优化模型的建立,使用多项式拟合弦长和安装角沿径向的分布,选择多项式系数作为优化变量,以实际推力值达到目标推力值为优化目标,合理设定约束条件,建立优化数学模型。使用MATLAB软件自带的优化工具箱模矢搜索(pattern search),对优化模型进行了求解。结果表明,优化后的叶片在试验风速下,风轮推力可以达到满足弗汝德数相似的目标推力值,从而得到了能较准确模拟风轮推力的试验用叶片。 出于结构方面的考虑,本文又进一步探讨了如何使用混合翼型设计叶片,计算并对比了四款试验叶片的风轮推力和转动惯量。针对这一套设计和计算叶片气动载荷的方法,本文对其中的难点升、阻力系数的计算和风轮推力的计算进行了可信度分析。最后,考虑到风力机不同的试验阶段可能会选用不同的几何缩尺比,本文通过计算翼型升、阻力系数和推力系数,给出了风力机叶片临界雷诺数的大概范围。 |
| 作者： | 杜炜康 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 何炎平;赵永生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
