水平軸風力機葉片的逆向設計與分析

    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(shù)k＝2.0和控制平均風速分布的尺度參數(shù)γ＝0.886227，在平均風速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(fā)電量的較大幅增加，單位發(fā)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(shù)，PROPID程序可以實現(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(shù)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(fā)生了氣動分離，而小安裝角葉片在高風速才發(fā)生氣動分離^[11]。由于多數(shù)風場在大部分時間內(nèi)的風速都在4~10m/s范圍內(nèi)，綜合比較功率曲線和風能利用系數(shù)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。