水平轴风力机叶片的逆向设计与分析

作为一个专用程序,PROPID在水平轴风力机叶片的逆向设计与分析中有许多独特的优点。本文在介绍PROPID程序的同时,选取一风力机叶片为计算模型,使用PROPID进行重新优化设计和分析。通过分析比较发现,PROPID程序在叶轮的功率计算、外形几何尺寸设计、最佳安装角和转速的确定方面均有较好表现,并能正确反映风机叶轮的气动理论,是一种很实用的风力机叶轮逆向设计和分析程序,对提高风力机的气动设计水平、缩短设计周期有很大帮助。

一种水平轴风轮叶片的气动设计方法

发展了两种先进的水平轴风轮叶片气动计算和设计方法—— PROPGA和 PROPID。PROPGA是基于最优化方法的遗传算法 ,用于最初的叶片选择和几何设计 ;PROPID是一种基于反问题的叶片气动设计方法 ,用于最后的叶片造型和性能预估。给出了两个实例 ,一个是以基础科学研究为目的的实验探索用全新风轮 ,另一个则是用于商业生产的小型风轮。在实际风轮设计中的成功使用证明 ,PROPID和 PROPGA是一种强有力的设计工具 。

一种实用的风力机叶片气动设计方法研究

提出了水平轴风力机叶片的优化设计模型,该模型以风轮平均年能量输出最大为设计目标,并将风速的概率分布考虑进来。为了获得较好的优化结果,首先采用PROPID程序对叶片进行反设计,获得较好性能的叶片几何,在此基础上,运用遗传算法进行搜索寻优,这样不仅减小了搜索的范围,也降低了搜索的时间。对叶片面积附加约束,以获得符合实际的叶片,采用5阶贝塞尔函数在设计点之间进行插值,以获得光滑的几何外形。利用该方法优化设计了600kW风力机叶片。与已有叶片相比,优化结果显示了明显的优越性,验证了该优化方法的有效性和实用性。

风力机叶片高升力系数法的气动设计研究

在动量-叶素理论和Betz理论的基础上,结合PROPID软件进行功率为1.5 MW水平轴风力机叶片的气动设计研究。叶片气动设计采用高升力系数法,叶片剖面采用NPU-WA系列高升力、高升阻比风力机专用翼型,在叶片性能预测中采用叶尖损失、轮毂损失和Viterna失速模型。设计结果表明采用先进风力机翼型并运用高升力系数法设计的大功率风力机叶片的弦长较小,叶片面积较小,有利于减轻叶片的重量,同时降低制造成本。