[发明专利]一种风电叶片涡流发生器优化设计方法

摘要

本发明涉及一种风电叶片涡流发生器优化设计方法。该方法主要利用计算流体动力学技术对风电叶片的气动特性进行数值模拟，以获取风力机的功率曲线和叶片表面边界层流动分离情况，然后结合空气动力学原理确定涡流发生器的设计参数，最后再对安装涡流发生器的叶片进行数值模拟，并将模拟结果与未安装涡流发生器的叶片气动特性数值模拟结果进行对比，以评估涡流发生器的效果，并寻找进一步优化的方向。该方法克服了传统设计方法所具有的设计周期长、设计费用高，难以对设计结果进行优化，以及不能随叶片和风场的具体情况灵活变化等缺点。 1

主权项

1.一种风电叶片涡流发生器优化设计方法，其特征在于，所述优化设计方法包括以下步骤：SS1：以风电叶片气动外形的三维几何模型为基础，利用CFD网格生成软件，针对空气绕过风力机风轮的三维流场创建CFD网格；SS2：利用步骤SS1中生成的网格和CFD软件，对启动风速至额定风速范围内的各个稳态风速条件下风力机的气动特性进行数值模拟，其中，各风速条件下风力机的运行参数与设计运行参数或实际运行参数保持一致，根据数值模拟结果计算风力机的功率曲线，并获取各个风速条件下叶片表面的分离区范围和流动分离程度，所述风力机的运行参数为风力机的转速和叶片桨距角；SS3：根据步骤SS2中得到的叶片表面流动分离情况，结合空气动力学理论初步确定涡流发生器的设计参数，然后利用CAD几何建模软件，创建安装涡流发生器之后叶片的三维几何模型，在此基础上，再利用CFD网格生成软件创建相应的三维流场网格，所述涡流发生器的设计参数为涡流发生器的尺寸、安装位置、分布范围和数量；SS4：利用步骤SS3中生成的网格和CFD软件，对启动风速至额定风速范围内的各个稳态风速条件下风力机的气动特性进行数值模拟，其中，各风速下风力机的运行参数与第二步保持一致，根据数值模拟结果，计算出风力机安装涡流发生器之后的功率曲线，并获取各风速下叶片表面的流动分离情况，所述风力机的运行参数为风力机的转速和叶片桨距角；SS5：利用步骤SS2和步骤SS4数值模拟得到的风力机安装涡流发生器前后的功率曲线，以及风电场的风速概率分布曲线，计算两种情况下风力机的年发电量，从而对涡流发生器的效果进行直观的对比评估，如果涡流发生器的效果达到预期目标，即可对设计结果进行批量生产和推广应用；如果涡流发生器的效果未能达到预期目标，则返回步骤SS3重新确定设计参数，并重复步骤SS4和步骤SS5，直到达到预期目标，从而完成涡流发生器的优化设计，其中，通过对比步骤SS2和步骤SS4得到的叶片表面流动分离情况，获得优化设计的方向。