[發明專利]迎風面的出流切線傾角的最優值確定方法

有效

• 申請號: 201710269207.2
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN106837683B
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發明（設計）人: 張照煌;宋玉旺;王磊
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F03D1/06
• 分類號: F03D1/06
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 龍禮妹

本發明涉及風力發電技術領域，尤其是涉及一種葉片、風輪及迎風面的出流切線傾角的最優值確定方法，該葉片，包括迎風面和背風面；所述迎風面的出流切線傾角α₂為0°，其中，所述迎風面的出流切線傾角α₂為空氣流出所述葉片的初始絕對運動速度的方向與空氣流出所述葉片的初始牽連運動速度的反方向之間的夾角。本發明通過改變迎風面的出流切線的傾角，并使其傾角值為零度，使空氣動力得到了充分發揮，從而提高了風力發電葉片將流動空氣的能量轉化為葉片轉動能量的能力，提高了風能利用率，即使風力發電葉片風能轉化率最大。

技術領域

本發明涉及風力發電技術領域，尤其是涉及一種迎風面的出流切線傾角的最優值確定方法。

背景技術

風電機組的工作原理是通過葉片將風能轉化為機械能，再通過輪轂、軸和齒輪箱等連接裝置把機械能傳遞給風力發電機，最后由發電機將機械能轉化成電能輸向電網供用戶使用，因此葉片是風電機組的核心部件之一。

目前，風力發電葉片多是沿用飛機翼型發展起來的，機組葉片的設計過程是將翼型按照一定的扭角、弦長和厚度分布沿葉片展向積疊而成，所以翼型的氣動性能好壞對風電機組的捕風能力有著重要的影響，直接決定了風電機組的風能利用效率。在過去的幾十年里，風力發電機組容量小、風能利用效率低，再由于制造誤差、沙石和灰塵摩擦、昆蟲殘骸的附著、空氣和雨水的腐蝕等因素導致葉片前緣表面粗糙度的增加，傳統翼型在大攻角下隨著前緣粗糙度的增加翼型前緣處邊界層提前由層流轉捩成湍流，翼型上邊面邊界層過早發生分離，導致葉片最大升力系數嚴重下降。

隨著風電機組容量的不斷增大，傳統翼型已經很難滿足現代風力機的設計要求，為了減少能量損失，美國、荷蘭、丹麥、瑞典等國家早在20世紀八十年代就開始進行風電機組的翼型開發。目前國外的葉片普遍采用了風力機專用翼型，不僅提高了風電機組的效率，而且降低了葉片加工成本、減小了噪音，翼型良好的失速特性更加有利于風電機組的控制。

目前對空氣流(風)主動作用于葉片而使風輪轉動的研究尚處于探索階段，中國的風資源相對歐洲和美國地區質量相對較差，大部分地區年平均風速較低，而國內的風電場中廣泛安裝著國外進口的機組，存在風力發電機風輪啟動風速大、額定運行風速高、風能利用率低等問題，使這些進口的風力機在中國都出現了風能利用系數低于設計值、年發電量低于國外測試水平的現象。

發明內容

本發明的目的在于提供一種迎風面的出流切線傾角的最優值確定方法，以提高風力發電葉片將流動空氣的能量轉化為葉片轉動能量的能力，從而提高風能利用率的技術問題。

本發明提供了一種葉片，包括迎風面和背風面；所述迎風面的出流切線傾角α₂為0°，其中，所述迎風面的出流切線傾角α₂為空氣流出所述葉片的初始絕對運動速度的方向與空氣流出所述葉片的初始牽連運動速度的反方向之間的夾角。

進一步地，空氣流入所述葉片的初始絕對運動速度的方向垂直于所述葉片的旋轉平面。

進一步地，空氣流入所述葉片的初始牽連運動速度的方向平行于所述葉片的旋轉平面。

進一步地，空氣流出所述葉片的初始牽連運動速度的方向平行于所述葉片的旋轉平面。

本發明還提供了一種風輪，包括所述的葉片。

進一步地，所述葉片的數量為多個。

本發明還提供了一種迎風面的出流切線傾角的最優值確定方法，包括以下步驟：

根據流入葉片的空氣被所述葉片轉換的功率N的計算公式：

得出當流入葉片的空氣被所述葉片轉換的功率N取得最大值時，其中，ρ表示流入所述葉片的空氣的密度，q表示流入所述葉片的空氣的流量，表示空氣流出所述葉片的初始絕對運動速度，表示空氣流出所述葉片的初始牽連運動速度；