基于Matlab的风机叶片气动外形的设计及优化

风机叶片的气动特性直接影响机组效率,运用Wilson算法对20 kW的风机叶片进行气动外形参数的计算,应用Matlab软件的非线性约束最优化函数fmincon对叶片各叶素的弦长和扭角进行优化迭代计算和四次多项式拟合,将叶根处的弦长和扭角进行插值计算,对叶片各叶素的弦长和扭角进行优化和修正。通过一个实例验证叶片气动参数优化的正确性,提高叶片设计的精度和效率。并将所设计的叶片应用于实际生产中,取得良好的经济效率。     

基于BEM-GDW综合理论对风力机叶片优化

基于一种新的风力机气动性能理论——BEM-GDW综合理论,考虑实际年风速分布概率,以年发电量最大为目标,结合遗传算法搜索寻优,建立叶片优化设计程序。运用此程序,对某2MW水平轴风力机叶片进行优化设计。优化后的风力机叶片的扭角、弦长及相对厚度的分布均保持光滑并连续性过渡,便于生产和加工。同时叶片捕风能力与年发电量较之原叶片都大大提高,具有一定的理论和工程实用价值     

风电机叶片外形参数的逆向优化方法研究

针对风电机组叶片结构正向设计中的参数不容易收敛、气动特性沿叶展分布难以确定的问题,以气体动力学的叶素动量理论为基础得到叶片弦长、扭角的简化设计方法,然后以叶素升力系数和功率系数最大为优化目标,采用牛顿切线迭代法,提出了叶片外形参数的逆向优化设计模型。并在此基础上对1.5MW直驱风电机组叶片建立算法模型,对其弦长、扭角进行逆向迭代设计,结果证明该优化设计方法对叶片吸收风能效率有了较为显著的提高,同时也避免了正向设计中出现的参数不收敛的问题。     

基于遗传算法的风力机叶片优化

绍了遗传算法的基本知识并提出了风力机叶片优化设计模型,采用全局优化的方法,以叶片各截面年发电量最大为设计目标,叶片各截面处的弦长和扭角为优化变量,使用遗传算法进行了搜索寻优。以1.5 MW 风力机为例,利用 MATLAB 软件中已开发的优化程序设计并优化叶片,把用全局优化方法设计的叶片与 Glauert 方法所设计的叶片进行了比较,同时把所设计的叶片与已有叶片相比,结果表明其输出功率明显增加,从而说明了该方法的有效性。     

基于遗传算法的风力发电机叶片气弹阻尼优化

叶片气弹阻尼是评估风力发电机运行稳定性的关键指标。基于遗传算法对风力发电机叶片气弹阻尼进行优化,具体做法为采用遗传算法对风力发电机叶片各截面的刚度进行寻优迭代,找到影响气弹阻尼的敏感截面;根据刚度分布参考曲线,调整叶片铺层,使叶片刚度分布能够包络参考曲线,进而优化叶片气弹阻尼,提高风力发电机的运行稳定性。研究结果表明,利用遗传算法可以实现风力发电机叶片参数的自动寻优,能够快速准确优化叶片气弹阻尼,为风力发电机叶片的优化设计提供参考。     

基于遗传算法的小型风力机叶片优化设计与三维仿真分析

根据叶素动量理论(Blade Element Momentum theory,BEM)的Wilson方法建立了风力发电机叶片气动计算模型,并考虑叶尖损失、轮毂损失、叶栅理论及失速状态下动量理论的失效的修正。提出了基于MATLAB遗传算法工具箱,以风能利用系数最大为优化目标,对叶片弦长和扭角等参数进行优化设计的方法。在优化后得到叶片模型基础上,基于Fluent软件对三叶片风轮进行了三维仿真,得到了整机风轮压力分布与表面空气流速分布图,并得到了叶片的转矩值,据此计算求得风轮功率和功率系数,绘制了风轮功率及功率系数随风速变化的关系图。通过分析,表明基于遗传算法的风力机叶片优化设计方法是有效可行的,能有效提高风能的利用率,对风力机叶片的设计、改型和研发工作具有指导意义。     

NACA00系列翼型的VAWT效能影响因素分析

采用滑移网格技术对不同参数下的小型垂直轴叶轮瞬态流场进行了数值计算,着重研究了不同安装角、翼型、叶片弦长、叶片数对叶轮功率的影响,得出不同转速下使叶轮获得最大功率的最佳翼型、叶片安装角、弦长和叶片数,并通过吹风实验验证了最佳叶片数和最佳弦长时的垂直轴风力机具有较优的气动性能。     

基于IABC算法的风力机叶片参数优化

为了降低风力机叶片的单位输出能量成本,改善风能利用情况,将风力机叶片的弦长、扭角和相对厚度参数作为设计变量,建立了叶片单位输出能量成本最小的目标函数,运用改进人工蜂群算法(IABC算法)对风力机叶片不同截面进行参数优化,并对叶片单位输出能量成本进行分析和验证。研究表明,某2MW的风力机叶片经优化后,年输出能量增加了0.5%,叶片成本减少了1.9%,叶片单位输出能量成本降低了2.4%。     

大型风力机叶片气动外形及其运行特性设计优化

大型风力机叶片气动外形设计时,不仅应考虑气动外形参数的优化,还应该考虑参数优化后的运行特性,才能为风力机实际控制提供依据。为此,提出一种叶片气动外形及其运行特性设计优化方法。该方法首先建立叶片翼型分布、弦长分布和扭角分布等气动外形参数控制方程,基于叶素-动量理论分析各参数变化对风轮功率的影响。在满足额定功率条件下,以减小所需额定风速为目标进行优化求解,求解过程中考虑初始桨距角的影响。针对优化后的风轮,设计了风轮转矩-转速关系曲线,分析了风轮运行特性。最后,采用计算流体动力学方法佐证了设计结果的正确性。     

叶轮参数对垂直轴风机风能利用系数的影响分析

为研究垂直轴风力发电机风能利用系数的影响因素,在动量叶素理论基础上建立了双盘多流管模型,并通过数学建模方法来重点研究弦长、叶轮半径、叶片数对风机的影响。由于风轮在旋转过程中受力复杂,在原有理论基础上提出了四象限分析方法,将风轮旋转平面分成四个象限进行受力分析,在分析受力之后进行建模仿真。最后,针对NACA0018翼型,分别研究在不同弦长、叶轮半径、叶片数下,垂直轴风力发电机风能利用系数的变化情况,从而为风机叶轮参数的选用提供了参考依据。     

离网小型垂直轴风力发电机流固耦合分析

针对离网小型垂直轴风力发电机工作中存在的流固耦合作用,根据湍流模型和流固耦合算法建立数学模型,利用COMSOL Mutiphysics软件对风力发电机叶片NACA0012翼型进行流固耦合计算,研究了翼型的气动性能。研究得出NACA0012翼型在攻角为14时开始出现失速特征,在失速前可达到最大升力阻力系数比值,升力约为阻力的55倍,具有优异的使用性能。翼型弦长变化对升阻力系数影响不大,仿真结果与国外公布的实验数据相符,验证了该方法的可行性,为离网小型垂直轴风力发电机叶片翼型设计提供新的理论基础。     

风力机叶片数学模型及叶片函数化设计法探讨

为实现叶片的函数化设计,经过对翼型函数进行坐标变换、扭角旋转变换和数学推导等步骤,建立了叶片的通用数学模型,且给出了具有2个参变量(翼展位置、弦长位置)的显式参数方程组;提出了叶片函数化设计法的初步设想,用叶片函数生成了叶片三维立体图像,给出了两组示例。研究表明,叶片数学模型由翼型函数、弦长函数和扭角函数3个子函数组成,且可用显式方程组表示;通过调整叶片子函数的结构或其中的常数值,可以方便、迅速地修改设计,且可随时显示最终效果图,在叶片函数与叶片图像之间可建立一一对应的随动关系,能方便设计分析工作。     

微型风力机叶片结构优化设计与仿真分析

针对目前风力机对低速风力资源的利用较少,设计了一种适用于低风速的微型风力机叶片。采用Wilson设计方法建立了以叶片形状参数安装角和弦长为设计变量的数学模型,通过Matlab编写程序计算3W风力机叶片参数并对设计变量做线性优化以利于工程加工。在得到参数的基础上基于点的坐标几何变换理论建立叶片三维模型,并利用Fluent仿真,仿真结果表明叶片的功率为2.91W,与设计额定功率相差3%,满足工程误差。通过此方法设计的微型风力机叶片能获得较高的精度,满足工程要求,为实际生产提供数据支撑。     

后掠式叶片气动外形优化设计

后掠式叶片具有载荷自适应性，提出了一种以自然样条曲线为后掠曲线，以扭角为优化参数的后掠式叶片优化设计方法。以直叶片模型为设计起点，通过Profili软件获得叶片的截面数据并计算叶片翼型在不同攻角下的升力系数与阻力系数，以叶片功率系数最大以及叶片根部载荷最小为优化目标，采用遗传算法对叶片进行优化设计。根据优化结果获得的参数，建立后掠式叶片三维模型，在ANSYS Workbench中建立流场模型进行仿真分析得到叶片模型的压力分布情况。结果表明，通过对扭角、后掠值进行优化，后掠叶片模型对比直叶片模型其受到的载荷有所减小，优化设计方法可以用于指导后掠叶片的设计。     

基于通用翼型的小型风力机叶片结构设计与性能分析

以风力机的通用集成翼型为对象,分析了通用翼型升力系数、升阻比等气动性能.选取了自主设计的相对厚度为18％风力机通用翼型,完成了小型风力机叶片的气动外形设计.以修正的风力机风轮空气动力学模型为基础确定了叶片弦长以及扭角的分布.根据叶片的形状参数,完成了叶片的三维实体以及有限元模型的建立,应用ANSYS软件分析了叶片的结构...     

风力发电机叶片三维模型重构及气动特性分析

风力发电机叶片形状直接影响风力发电机气动性能,根据风力发电机叶片特点规划测量路径,采用三坐标测量机（CMM）对风力发电机叶片表面进行测量,提取表面的三维点云数据.对点云数据进行分组和处理,在Pro/E中生成叶片的三维几何模型.在Fluent软件中对叶片翼型进行了不同攻角的气动特性分析,得到了不同攻角下的流场分布情况.     

基于粒子群优化的同步风力发电机励磁系统的变论域模糊控制

针对直接并网型同步风力发电机励磁系统非线性、时变性及风力发电机运行工况多变等特点,提出了一种基于粒子群优化的同步风力发电机励磁系统的变论域模糊控制方法。该方法中,通过分析确定变论域伸缩因子的结构,利用粒子群算法优化其参数,实现伸缩因子参数的智能寻优。将粒子群优化的变论域模糊控制器应用于励磁控制中,根据电压环的性能指标建立目标函数,通过对基本论域自适应调整,实现了同步风力发电机励磁系统在全工况下的自适应控制,提高了发电机端电压的调节精度和运行的稳定性。仿真结果表明,基于粒子群优化的变论域模糊控制在动态性能和稳态性能上优于模糊控制。     

风力机叶片优化设计及模态分析研究

以叶素-动量理论为基础,对1.0 MW风力机叶片进行气动外形设计。采用Wilson方法建立叶片外形设计数学模型,模型考虑了叶片梢部损失、根部损失和轴向、周向干扰因子对叶片空气动力学性能的影响,以MATLAB为工具实现对各外形参数的求解,并对计算结果进行线性化修正处理,获得了优化的弦长和扭角。通过坐标变换原理将翼型二维离散数据点转换成叶片三维空间坐标点,另外在变换坐标过程中结合图形学,将坐标的旋转变换转化到绘图过程中实现。绘制叶片各截面的空间样条曲线,基于Pro/E的自由曲面造型功能对风力机叶片进行建模,并采用ANSYS软件对叶片进行模态分析,得到了叶片的固有频率及振型,为风轮动力学分析奠定了基础。     

落地扇风叶参数化气动优化设计研究

以某落地扇风叶为研究对象,建立风叶参数化模型,搭建多学科优化设计平台,以风扇风量和扭矩分别为目标开展单目标优化,优化设计变量为翼型安装角、翼型弦长、叶片弯度和叶片积叠线弯度及掠度。采用粒子群优化算法进行寻优,分别得到了不同指标下最优的扇叶配置,并确定了扇叶关键设计参数对扇叶气动性能的设计权重以及影响规律。对风量和扭矩影响最大的都是翼型安装角和弦长,随着翼型安装角和弦长的增大,风量增大,扭矩也增大。     

风力机叶片的形状优化设计

在风力机优化设计过程中,考虑法向力和切向力的叶尖损失,基于一维的动量叶素理论及传统的风力机空气动力学原理,推导并给出新的风力机轴向和周向因子的计算模型。探讨风力机成本和输出能量之间的关系,得到风力机成本及其年输出能量的计算模型,进而建立风力机单位输出能量成本的数学模型,以其为优化设计目标,以叶片的形状参数弦长、扭角和相对厚度为优化设计变量,提出叶片的优化设计数学模型。最后,应用该优化模型对某2MW风力机叶片进行优化设计,并对优化结果进行比较分析,验证了优化叶片的工作性能,很好地实现了风轮单位能量成本的降低。研究成果为大功率风力机叶片的设计开发提供了理论依据,奠定了风力机叶片的研究和工业应用前景。