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水平軸風力機葉片的逆向設計與分析

2009-01-17 來源:徐貴營 黃爭鳴 瀏覽數:3467

    從圖中可以看出,優化后的功率曲線要明顯優于NREL的功率曲線。在低風速為4~10m/s的條件下,功率分布曲線也比NREL要好。在額定風速為11m/s時,葉輪達到額定功率為20kW。隨著風速的增大,葉輪的功率曲線變得平緩,有良好的失速特性。當風速符合Weibull分布[9、10]時,分別取控制分布的形狀參數k=2.0和控制平均風速分布的尺度參數γ=0.886227,在平均風速υ=7.2m/s的情況下,年平均發電量GAEP=75713KWH。比優化前年平均發電量GAEP=69535KWH(見圖5)提高了8.9%。雖然按照預期的額定功率要求,使得葉片各截面的弦長有所增加,增加了一定的材料成本,但由于年平均發電量的較大幅增加,單位發電成本和原來相比將會降低。


3.2.2最佳安裝角的確定
    為確定風力機葉片的最佳安裝角,必須知道在不同安裝角下的葉輪功率及相應的功率系數,PROPID程序可以實現這一要求。圖6給出了安裝角從-2.5°~10°的葉輪功率vs風速的變化趨勢圖,圖7給出了安裝角從-2.5°~10°的葉輪風能利用系數vs尖速比的變化趨勢圖。從這兩個圖可知,在風速超過額定風速的情況下,安裝角為10°時葉輪的功率要比0°和2.5°時高,但在低風速(4~10m/s)情況下的功率則要低。這是因為大安裝角葉片在低風速時發生了氣動分離,而小安裝角葉片在高風速才發生氣動分離[11]。由于多數風場在大部分時間內的風速都在4~10m/s范圍內,綜合比較功率曲線和風能利用系數曲線,當安裝角為5°時,葉輪有最佳的氣動性能,為最佳安裝角度。

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