水平軸風(fēng)力機(jī)葉片的逆向設(shè)計(jì)與分析

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

3.2.2最佳安裝角的確定
    為確定風(fēng)力機(jī)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(yīng)的功率系數(shù)，PROPID程序可以實(shí)現(xiàn)這一要求。圖6給出了安裝角從-2.5°~10°的葉輪功率vs風(fēng)速的變化趨勢(shì)圖，圖7給出了安裝角從-2.5°~10°的葉輪風(fēng)能利用系數(shù)vs尖速比的變化趨勢(shì)圖。從這兩個(gè)圖可知，在風(fēng)速超過額定風(fēng)速的情況下，安裝角為10°時(shí)葉輪的功率要比0°和2.5°時(shí)高，但在低風(fēng)速（4~10m/s）情況下的功率則要低。這是因?yàn)榇蟀惭b角葉片在低風(fēng)速時(shí)發(fā)生了氣動(dòng)分離，而小安裝角葉片在高風(fēng)速才發(fā)生氣動(dòng)分離^[11]。由于多數(shù)風(fēng)場(chǎng)在大部分時(shí)間內(nèi)的風(fēng)速都在4~10m/s范圍內(nèi)，綜合比較功率曲線和風(fēng)能利用系數(shù)曲線，當(dāng)安裝角為5°時(shí)，葉輪有最佳的氣動(dòng)性能，為最佳安裝角度。