[發明專利]一種確定非常規風力機推力系數的方法

有效

• 申請號: 201811569307.8
• 申請日: 2018-12-21
• 公開（公告）號: CN109505742B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 朱建勇;莊林學
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00;F03D3/06;F03D3/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種確定風力機推力系數的方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟一：根據風力機的設計指標，先對風力機的啟動風速、切入風速、額定風速及切出風速進行設定；

步驟二：在設定的啟動風速下，通過數值模擬方式獲取不同尖速比下的扭矩系數和推力系數，并將扭矩系數為零時所對應的推力系數作為啟動風速下的推力系數；

步驟三：當風速處于設定的切入風速與額定風速之間時，通過數值模擬方式獲取額定風速時不同尖速比下的風能利用系數和推力系數，并取最大風能利用系數對應尖速比下的推力系數作為切入風速與額定風速之間的推力系數；

步驟四：當風速超出設定的額定風速且處于設定的額定風速與切出風速之間時，隨著風速的增大，為了使風力機功率保持在額定功率，風力機的尖速比逐漸減小，通過推力系數隨尖速比的變化曲線得到相應尖速比下的推力系數；同時，為了使風力機功率保持在額定功率，通過流動控制手段對風力機功率進行調節，且流動控制手段會誘導產生風力機的附加推力系數；最后，將得到的相應尖速比下的推力系數和附加推力系數進行求和；其中，附加推力系數的計算公式為

其中，式中，為附加阻力，P為風力機功率，P_(額定)為風力機額定功率，η為修正系數，V為來流風速，C_T(附加)為附加推力系數，ρ為空氣密度，A為風力機風輪掃掠面積；

步驟五：根據步驟三至步驟四獲取的推力系數數據，擬合出風力機在不同風速下的推力系數曲線圖。

2.根據權利要求1所述的一種確定風力機推力系數的方法，其特征在于：采用的數值模擬方式為風力機計算流體力學數值模擬方法，計算域采用結構網格，并通過滑移網格技術模擬風力機的旋轉運動；采用計算流體力學軟件求解非定常不可壓縮的時均N-S方程，湍流方程標準k-ε二方程模型，采用有限體積法離散上述N-S方程和湍流方程，對流項采用一階迎風格式，擴散項采用中心差分格式，通過SIMPLE算法耦合壓力與速度；邊界條件采用速度入口邊界、壓力出口以及壁面無滑移邊界。

3.根據權利要求1所述的一種確定風力機推力系數的方法，其特征在于：風力機的扭矩系數、風能利用系數、推力系數及尖速比的計算公式為

C_M＝2M/ρAV²R

C_p＝2P/ρAV³

C_T＝2F_T/ρAV²

λ＝ωR/V

其中，P＝2πnM/60，式中，P為風力機功率，n為風力機轉速，M為風力機扭矩，C_M為扭矩系數，ρ為空氣密度，A為風力機風輪掃掠面積，V為來流風速，R為風力機風輪旋轉半徑，C_P為風能利用系數，C_T為推力系數，F_T為風力機推力，λ為尖速比，ω為風力機旋轉角度速。