[发明专利]一种用于风洞实验的弯掠叶片风力机气动性能优化方法

说明书

本发明公开了一种用于风洞实验的弯掠叶片风力机气动性能优化方法，包括：1)三维建模软件对装置进行建模，确定叶片弯掠强度；2)搭建用于弯掠叶片风力机气动测量的装置；3)风洞设备安全性检查；4)采集器设定采样时间及采样频率；5)开启风洞，获得设定风速；6)采集不同工况下基准风力机的推力及功率系数；7)采集不同工况下基准风力机尾迹特性；8)采集不同工况下弯掠风力机的推力及功率系数；9)采集不同工况下弯掠风力机尾迹特性；10)数据处理。本发明直接从叶片外形设计角度出发，优化步骤简便高效，适用于风洞实验不同工况下风力发电机弯掠优化设计，较为准确的测量出弯掠叶片的气动特性曲线，为低风速弯掠叶片的气动研究提供可靠验证。

技术领域

本发明涉及风洞试验及风力机气动特性优化设计领域，特别涉及一种用 于风洞实验的弯掠叶片风力机气动性能优化方法。

背景技术

为了现实低风速区域风力机风能转换效率的进一步提升，需要对风力机 叶片进行优化设计，通过观察鸟类借助弯掠形状翅膀在低风速时随意控制飞 行的高度和速度，受此启发，可以对低风速时弯掠叶片风力机气动特性进行 优化研究。弯掠叶片有诸多优点：(1)弯掠叶片风力机能够提高低风速下输出 功率，提高年发电量；(2)在一定程度上能够减小叶片后弯疲劳载荷；(3)弯 掠叶片能够提高风力机的结构稳定性的同时保持较好的气动性能。

但目前关于风力机弯掠叶片的相关研究存在一些问题：关于风力机整机 气动特性的研究多为数值仿真计算或理论分析，试验研究较少，尚缺少试验 数据进行对比，所得到的结论可靠性还有待进一步验证，研究很难有实质性 的进展和突破。针对目前低风速下风力机弯掠设计方法以及研究方法存在的 优势和不足，为此现有条件下急需要设计一种用于风洞实验的弯掠叶片风力 机气动测量装置及优化方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供一种用于风洞实验的弯掠叶片 风力机气动性能优化方法，适用于风洞实验不同工况下风力发电机弯掠优化 设计，较为准确的测量出弯掠叶片的气动特性曲线，为低风速弯掠叶片的气 动研究提供可靠验证。

本发明的目的是这样实现的：一种用于风洞实验的弯掠叶片风力机气动 性能优化方法，包括以下步骤：

步骤1)三维建模软件进行风力机弯掠叶片设计，并对风力机塔架、支 撑底板建模，并利用三维打印机进行三维打印；

步骤2)在风洞中搭建用于弯掠叶片风力机气动测量的装置；

步骤3)设备安全性检查包括：紧固螺栓是否有松动；模型风力机是否 固定安装；电流调理电路与转速调理电路是否正确连接并且正常运行，确保 每条管道都保持通畅无堵塞情况；确保风洞内部清洁；

步骤4)设定各气动特性测量采集器的采样频率及采样时间；

步骤5)启动风洞，调节控制柜频率获得设定风速；

步骤6)风力机功率测量，调节参数获得设定转速，依次采集不同转速 下基准风力机的推力系数、功率系数；

步骤7)调节参数获得设定转速，进行尾迹流场测量，采集基准风力机 的尾迹流场分布，完成后关闭风洞；

步骤8)重复步骤(4)、(5)后，采用正交试验设计的方式，进行风力机功 率测量，调节参数获得设定转速，依次采集不同转速下弯掠风力机的推力系 数、功率系数；

步骤9)调节参数获得设定转速，进行尾迹流场测量，采集弯掠风力机 的尾迹流场分布；完成后关闭风洞；

步骤10)对比分析不同工况下各风力机的气动特性，获得最优弯掠风力 机的设计。