风力机叶片气动设计 matlab 程序,基于MATLAB的小型风力机叶片设计
叶片设计
第２５卷第５期２００７年１０月
文章编号：１０００—７７０９(２００７)０５—０１４２—０３
水电能源科学ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＰｏｗｅｒ
Ｖ０１．２５Ｎｏ．５０Ｃｔ．２０
０
７
基于ＭＡＴＬＡＢ的小型风力机叶片设计
王
军周丙超
(华中科技大学能源与动力工程学院，湖北武汉４３００７４)
摘要：结合Ｗｉｌｓｏｎ设计方法流程，采用ＭＡＴＬＡＢ语言编程，开发了小型风力机叶片气动设计的应用程序。利用该程序设计了一台１０ｋＷ小型水平轴风力机，采用ＣＦＤ方法对所设计的的模型用ＦＬＵＥＮＴ软件进行单流道分析计算。流场分析结果表明，编制的软件提高了初期设计效率，具有直接形成结构实体的特点，缩短了小型风力机叶片ＣＦＤ分析前处理时间。关键词：叶片；参数化；ＭＡＴＬＡＢ中图分类号：ＴＫ８３
文献标志码：Ａ
目前在石油、煤炭等传统能源紧张的环境下，世界各国均将目光投向新能源领域，其中风能倍受关注。风力机叶片作为将风能转换为动能的“心
２３０１５翼型。风轮转速确定：
Ｎ一(６０Ａ。Ｖ，)／(丌Ｄ)
(２)
式中，Ⅳ为风轮转速，ｒ／ｍｉｎ；Ａ。为叶轮叶尖速比。
由动量一叶素理论可得‘２｜：
脏”，其设计直接决定着风力机组的效率。在对风
力机叶片设计时大多采用ＣＡＤ／ＣＦＤ的分析方法，用这些软件可加速设计进程、缩短研发周期，在产品制造前可预测其性能，方便地对产品进行优化设计［１］。本文以提高计算精度、节约设计时间、改善小型风力发电机的输出性能为目标，使用ＭＡＬＴＬＡＢ软件编写小型风力机叶片设计程序。同时对一实例进行了ＣＦＤ分析，证实了该程序的可行性，为进一步ＣＦＤ设计建模提供参考依据。
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ｎ(１一ａＦ)＝ｂ(１＋６)Ａ２
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１气动设计原理及流程
１．１气动设计原理
风力机叶片的设计主要包括叶片数、叶片直径、翼型、转速、安装角和弦长等参数的确定，本文采用叶尖损失的Ｗｉｌｓｏｎ方法对风力机叶片主要参数进行计算瞳’３］。
直径Ｄ可由关系式Ｐ一０．２Ｄ２Ｖｉ得［２］：
Ｄ＝＝
(１)
同时，
足一掣
口一Ｐ—ａ
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８ｐｒｓｉｎ２ｆ
(１一ａＦ)以Ｆ(１一ａ)２
“”
式中，Ｃ。为风能利用系数；ｎ为轴向诱导因子；ｂ为周向诱导因子；Ｂ为叶片数；①为叶素入流角；护为叶素安装角；ａ为叶素攻角；Ｖ。为来流风速，ｍ／ｓ；力为风轮转速，ｒａｄ／ｓ；ｒ为叶素剖面到叶根的距离，ｍ；Ｒ为叶片半径；Ｆ为Ｐｒａｎｔｌ叶尖损失修正因子；Ｃ为叶素弦长；Ｒ。为雷诺数；Ｖ为运动粘性系数，ｍ２／ｓ；Ｃ。为叶素升力系数。
根据Ｗｉｌｓｏｎ理论，对于每一个截面的叶素，以式(３)作为目标函数，以式(４)～(６)为约束条件，求得以和ｂ进而按式(７)求得西；查翼型手册，
式中，Ｐ为风力机轴功率，Ｗ；Ｄ为叶片直径，ｍ；ｙ。为来流风速，ｍ／ｓ。
考虑到叶片气动性能与制造等方面的因素，设计的叶片各截面采用同一种翼型，即ＮＡＣＡ
收稿日期：２００７—０４—２５，修回日期：２００７—０５—２２
作者简介：王军(１９６３一)，男，副教授、博士后，研究方向为流体机械优化设计及实验，Ｅ—ｍａｉｌ：ｗａｎｇｊｈｕｓｔ＠１６３．ｃｏｒｎ
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