[發明專利]一種適用于風力發電機風洞試驗的葉片模型優化設計方法

有效

• 申請號: 202110975661.6
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113742861B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 黃國慶;張森欽;閆渤文;鄧曉蔚;周緒紅;楊慶山;信志強
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F111/04;G06F113/06;G06F119/14
• 代理公司: 北京隆達恒晟知識產權代理有限公司 11899
• 代理人: 李中強

1.一種適用于風力發電機風洞試驗的葉片模型優化設計方法，其特征在于：該方法用于風力發電機設計或者是風洞試驗，所述的設計方法具體步驟如下：

步驟1.根據足尺風機葉片主要翼型升阻力系數，選擇與足尺葉片升阻力系數相近的低雷諾數翼型；

步驟2.獲取選用的低雷諾數翼型在攻角范圍-180°至180°的升阻力系數；

步驟3.以足尺葉片的縮尺后弦長分布與扭轉角分布作為初始值，結合步驟2獲取的低雷諾數翼型升阻力系數，基于葉素動量理論計算相應的推力系數，將風機運行風速區間劃分為若干個工況，將所有工況下相應的足尺葉片推力系數作為目標值同時優化，找到滿足收斂準則的縮尺后的優化葉片，從而獲得相應的葉片模型；

步驟4.驗證優化葉片推力系數結果；

所述的步驟3輸入原型葉片弦長分布以及NACA6409翼型升阻力系數，為使優化葉片在幾何特征上與原型葉片相似，以原型葉片弦長分布為基礎成比例放縮弦長分布，并以二次函數擬合扭轉角分布，輸入風機運行風速區間劃分后的若干個工況下的推力系數作為優化目標：根據葉素動量理論，由葉片參數計算風機推力系數方法如下：

步驟301：輸入相應工況下的來流風速v₀、轉速ω以及選用翼型的升阻力系數C_l、C_d；

步驟302：設置初始軸向誘導因子a＝0與切向誘導因子a’＝0；

步驟303：通過公式(1)計算出各翼型入流角通過公式(2)計算出局部攻角α；

α＝φ-θ?(2)

步驟304：由公式(3)分別計算出法向力系數C_n與切向力系數C_t；

步驟305：由公式(4)計算新的軸向誘導因子a與法向誘導因子a’；

步驟306：重復步驟3-步驟5，直到Δa與Δa’小于容許誤差；

步驟307：根據公式(5)計算局部荷載，其中c為該翼型弦長；

步驟308：疊加各局部荷載，得到整體葉片荷載T，推力系數C_T計算公式如下，R為風機轉子半徑；

；

所述的步驟3根據葉素動量理論由葉片參數計算風機推力系數，結合模式搜索法優化算法，進行優化篩選滿足推力系數目標的葉片；

優化參數

誤差值最小

約束條件

其中，r是葉片徑向坐標，R是轉子半徑，θ(r)是翼型扭轉角分布，c(r)是葉片弦長分布，c^ori(r)是原型葉片相應縮尺比后翼型弦長；U_L與U_R是優化需要匹配的不同工況下來流風速范圍；是足尺風機在相應風速工況下與縮尺葉尖速比相同時的推力系數，即目標值；θ_R(r)與θ_L(r)分別代表葉尖處扭轉角與葉根處扭轉角。

2.根據權利要求1所述的一種適用于風力發電機風洞試驗的葉片模型優化設計方法，其特征在于：所述的步驟1.選擇縮尺后優化葉片適用的新翼型，采用以下具體方法：根據足尺風機主要翼型的升阻力系數，選擇形狀扁平并且在低雷諾數下具有與足尺葉片升阻力系數相近的翼型。

3.根據權利要求1所述的一種適用于風力發電機風洞試驗的葉片模型優化設計方法，其特征在于：所述低雷諾數翼型采用NACA6409翼型，在縮尺下升阻力系數極值接近足尺風機翼型。

4.根據權利要求1所述的一種適用于風力發電機風洞試驗的葉片模型優化設計方法，其特征在于：所述的步驟2通過Xfoil計算NACA6409翼型-5°至10°攻角下升阻力系數，隨后通過AirfoilPrep擴充升阻力系數攻角范圍為-180°至180°。