基于matlab的优化设计,基于MATLAB的Wilson方法的叶片优化设计.pdf

- 日理万妓 2023-01-17 10:52 162阅读 0赞

基于MATLAB的Wilson方法的叶片优化设计

口代元军 口陆亦工 口孙玉新 口石宁

新疆工业高等专科学校 乌鲁木齐830091

摘 要：采用MATLAB语言作为计算机程序设计语言．综合Wilson方法考虑叶片梢部升阻比对叶片最佳性能的影

响，并考虑风轮在非设计状态下的性能编制计算机优化程序。目的是在设计工况下，通过优化设计叶片，使风轮具有最大

的风能利用系数．提高风力机的风能利用率。

风能利用系数优化设计

关键词：Wilson方法

中图分类号：TH443；TK83 文献标识码：A

风力发电机是将风能转化为电能的机械装置．风 速，m／s；口2为离风轮远处的下游风速，m／s；s】、s2分别为

轮是风力机最主要的部件．由叶片和轮毂组成。叶片的 ”。、”：处对应的面积。

气动性和振动性直接影响风力机的运行情况。气动性 风作用在风轮叶片上的力F和风轮输出的功率尸

直接影响风力机能否充分利用风能．因而在设计时必 分别为：

须使叶片具有较高的风能利用系数．从而更好地用于

F=ps(口l叫2)／2 (1)

发电。

本文通过利用风力机的贝兹理论、涡流理论、叶素 Pps("l吲2)(口1-IV2)／4 (2)

式中：P为密度；风速／3。是给定的，P的大小取决于秽：，

理论、动量理论对Glauert法和Wilson法两种设计方

对式(2)微分求最大值：

案的分析比较．采用Wilson法对风力机进行优化设

计．Wilson法研究了梢部损失和升阻比对叶片最佳性 cp肛钉3． (3)

P眦=嘉\_P蹦3=丁1

能的影响．并且研究了风轮在非设计工况下的性能．使

风轮具有较大的风能利用系数．最后采用MATLAB语 C。=o．593称作贝茨功率因数，声勘；／2正是风速形

言编写风力发电机叶片的设计计算程序．并优化设计 成的能量。贝茨理论说明，理想的口。风能对风轮叶片

出300 做功的最高效率是59．3％。一般设计时根据叶片的数

W的风力机叶片。

量、叶片翼型、功率等情况，取0．25～0．45。

1 风力机空气动力学理论

1．2葛劳渥旋涡理论\[2\]

1．1贝茨理论… 旋涡理论的优点在于考虑了通过叶轮的气流诱导

世界上第一个关于风力发电机叶轮叶片接受风能 转动。叶轮旋转时，流场并不是简单的一维定常流动，

的完整理论是1919年由德国的贝茨(Betz)建立的。贝而是三维流场．在流场中会形成3种旋涡(如图2所

茨理论的建立．是假定叶轮是“理想”的：全部接受风能 示)。①由于气流流经旋转的叶轮．通过叶片尖部的气

(没有轮毂)，叶片无限多；对空气流没有阻力，空气流 流迹线为螺旋线，在流场中形成螺旋涡流；②在轮毂附

是连续的、不可压缩的；叶片扫掠面上的气流是均匀 近有同样的旋涡形成中心涡流；③气流通过叶片时，由

的．气流速度的方向不论在叶片前或叶片后都是垂直 于叶片表面上下压力不同。也形成涡流．这个涡流叫边

叶片扫掠面的(或称平行叶轮轴线的)．这种叶轮称 界涡流。

“理想叶轮”。其计算简图如图1．图中：／3，为距离风力 对于空间某一给定点．其风速可认为是由非扰动

机一定距离的上游风速，m／s；秽为通过风轮时的实际风 的风速和涡流系统产生的风速之和．由涡流引起的风

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