[发明专利]基于三因子拟合积分法的风力机风轮气动性能评价方法

摘要

本发明涉及一种基于三因子拟合积分法的风力机风轮气动性能评价方法，采用拟合方式对轴向推力、转矩和功率三者无量纲化后对应的系数进行计算，考虑到了传统的计算方法未考虑的被积函数是不连续的，严格意义上讲是不能积分的问题，以及计算出来各叶素面的参数均不同直接用积分的形式来计算性能结果偏差大的问题。本方法相比传统的计算风力机性能的计算模型，更为科学精确，处理得到的结果可靠性更高。

主权项

1.一种基于三因子拟合积分法的风力机风轮气动性能评价方法，其特征在于，包括以下步骤：利用Profili软件和Matlab编程软件结合各翼型的气动数据完成风力机叶片翼型的选取工作，得到修正后叶片的弦长C和扭角θ；根据修正后风力机的弦长C、扭角θ和Profili翼型数据库中所含数据，计算轴向干涉因子a、周向干涉因子b、叶梢损失系数F及入流角构建风力机的轴向推力T的数学模型，数学模型公式如下：dT＝4πrV12a(1‑a)ρFdr    (1)其中，T为轴向推力，r为叶片各叶素面距轮毂中心的距离；V1为受扰动后的风速；a为轴向干涉因子；ρ为空气密度；F为叶梢损失系数；将轴向推力T无量纲化，得到其对应的系数CT，计算公式为：其中，CT为轴向推力T无量纲化后对应的系数；λ0为设计叶尖速比；λ为尖速比；T为轴向推力，R为风轮半径；V1为受扰动后的风速；a为轴向干涉因子；ρ表示空气密度；F表示叶梢损失系数；构建风力机的转矩M的数学模型，数学模型公式如下：dM＝4πr3V1Ωb(1‑a)ρFdr    (3)其中，M为风力机的转矩；r为叶片各叶素面距轮毂中心的距离；V1为受扰动后的风速；a为轴向干涉因子；b为周向干涉因子；ρ为空气密度；F为叶梢损失系数；将风力机的转矩M无量纲化，得到其对应的系数CM，计算公式为：其中，CM为风力机的转矩M无量纲化后对应的系数；λ0为设计叶尖速比；λ为尖速比；M为风力机的转矩；R为风轮半径；V1为受扰动后的风速；a为轴向干涉因子；b为周向干涉因子；ρ表示空气密度；F表示叶梢损失系数；构建风力机的功率P的数学模型，数学模型公式如下：dP＝ΩdM＝4πr3V1Ω2b(1‑a)ρFdr    (5)其中，P为风力机的功率；M为风力机的转矩；r为叶片各叶素面距轮毂中心的距离；V1为受扰动后的风速；a为轴向干涉因子；b为周向干涉因子；ρ为空气密度；F为叶梢损失系数；将风力机的功率P无量纲化，得到其对应的系数CP，计算公式为：其中，CP为风力机的功率P无量纲化后对应的系数；CM为风力机的转矩M无量纲化后对应的系数；λ0为设计叶尖速比；λ为尖速比；a为轴向干涉因子；b为周向干涉因子；F为叶梢损失系数；由于轴向干涉因子a、周向干涉因子b及叶梢损失系数F均是r的单值函数，利用常规的拟合方法，得到如下f(r)的多项表达式：bF(1‑a)＝f1(r)    (7)其中，a为轴向干涉因子；b为周向干涉因子；F为叶梢损失系数；r为叶片各叶素面距轮毂中心的距离；将公式(7)代入公式(6)中，得到如下公式：其中，λ0为设计叶尖速比；R为风轮半径；r为叶片各叶素面距轮毂中心的距离；同理，将公式(7)分别代入公式(2)和公式(4)，得到轴向推力T无量纲化后对应的系数CT以及风力机的转矩M无量纲化后对应的系数CM的数学模型公式，完成风轮性能的计算。