论文总字数：18669字

摘 要

20世纪人们的生活条件越来越好，同时人们也需要越来越多的能源，风能作为可再生能源，其良好的特性受到了人们的青睐，进而风力发电技术也得到了人们更多的关注。风力机叶片作为风能转化为机械能的直接部件，选择合理的翼型显得尤为重要^[1]。

本文利用isight软件的框架结构，搭载Fluent流体模拟软件，gambit网格生成软件并利用基因遗传算法对所选的翼型进行优化处理。首先利用Gambit软件以适当的网格密度对所选翼型进行网格划分，其次将生成网格的翼型导入到Fluent软件中，设置合理的流场参数，对所选翼型进行气动性能模拟，求出所选翼型的升力数、阻力系数、升阻比等。然后根据基因遗传算法编写优化模块，设置优化的边界条件，对翼型进行优化，得到新的翼型并与优化前的翼型进行比较。最后，根据比对结果，若新得到的翼型满足优化要求，则按照翼型几何形状的参数化方程输出新的翼型，就此我们便得到了新的满足人们需要的翼型。

关键词：叶片设计 优化方法 简介

Horizontal axis wind turbine airfoil shape design

Abstract

With the development of our society, people need more and more energy, so wind power technology is getting more and more attention. Blade is one of the most important parts of wind turbine, and it is very important to design a wind turbine。

In this paper, the framework of iSIGHT software is used to carry Fluent fluid simulation software, Gambit grid generation software and using genetic algorithm to optimize the selected airfoil. Firstly gambit software to appropriate grid density on the airfoil mesh, secondly will generate mesh airfoil imported into FLUENT software, set reasonable parameters of flow field, on selected airfoil aerodynamic performance simulation, for the selection of the airfoil lift count, drag coefficient, lift to drag ratio. Then, according to the genetic algorithm optimization module, the optimization of the boundary conditions is set up, the airfoil is optimized, the new airfoil is obtained and compared with the optimization before the airfoil. Finally, according to the comparison results, if the new airfoil meets the requirements of the optimization, the new airfoil can be output according to the parametric equation of the airfoil geometry.

Key Words: blade design optimization method brief introduction

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1 目前国内外叶片设计参数的确定 1

1.1 设计风速 1

1.2 实度 2

1.3叶片数 2

1.4 风轮直径 2

1.5 设计尖速比 2

1.6 风能利用系数 3

1.7 目前几种翼型优化的方法 3

1.7.1 网格变形法 3

1.7.2多目标遗传算法 3

1.7.3 优化后的粒子群算法 3

第二章 翼型的气动数据计算 5

2.1 风电叶片翼型的发展 5

2.2 风机翼型的重要几何参数 5

2.3风力机翼型的气动动力特性 6

2.4影响风机气动性的因素 8

2.4.1雷诺数 8

2.4.2相对厚度弯度及其位置 9

2.4.3风机翼型的表面粗糙度 9

2.5相关理论 9

2.5.1叶素理论 9

2.5.2动量理论 10

2.5.3动量-叶素理论 11

2.5.4贝茨理论 11

2.6对于给定翼型升阻系数的求解 13

2.6.1CFD方法简述 13

2.6.2控制方程 13

2.6.3计算翼型的选择和网格的划分 14

2.6.4翼型在Fluent软件中的计算 17

第三章 翼型的优化处理 28

3.1基因遗传算法简介 28

3.2多学科优化设计框架isight软件简单介绍 29

3.3风机翼型的几何化表示方法 29

3.4基于isight、gambit、fluent软件的风机翼型气动性能优化 30

3.5优化结果比较 32

第四章 结论与展望 34

参考文献 36

致谢 38

第一章 绪论

据统计，全球的风力发电产业正以惊人的速度增长，每年在该领域的投资额达到了将近 200 亿欧元^[2]。

风力发电机的叶片是风机的主要部件，选择合适的翼型关乎着整个风机的风能转化效益进而直接影响风场的运营效益，目前主要有两种风机翼型供人们选：（1）航空翼型及其修正型（NACA230系列、NACA44系列、NACA63-2系列、NASA LS系列和FX系列等）；（2）风力机翼型（如瑞典FFA-W系列、美国的NREL S系列和荷兰的DU系列等）。我国目前对于翼型的研究工作还在起步阶段和国外相比我们的翼型研发能力还不可同日而语，目前我国的科技工作者主要是对国外的先进翼型进行消化和改进^【3】。

对于一个风场来说，根据风场条件选择翼型只是第一步，重要的是对所选翼型进行优化处理，因为世界各地的环境都不一样，已有翼型只是一个模板，它只能大概满足人们的要求，要想获得更加优秀的翼型就必须对翼型进行优化处理。对于国家经济发展而言，能源绝对算得上是命脉了，我们的生活水平以及国家的社会和谐都依赖这些资源。这些资源中，最被看好的新能源之一就是风能了，这是因为风能不但完全绿色，而且可再生，尤其是我国，风能量十分巨大，在21世纪的今天，当太阳能发展到达瓶颈，核能发展还未到广泛使用的水平时，对于发展中的中国而言，选择研究风能是最明智的^【4】。

目前国内外叶片设计参数的确定

1.1 设计风速

风力发电机能在额定功率下工作的最小风速称谓设计风速。额定风速是风力机设计的重要参数之一。目前，人们可以根据当地的气象部门的检测数据来确定风机的额定风速，也可以利用软件对当地的环境进行模拟进而得到或者所处该地区风电场的设计风速即额定风速。设计风速是叶片设计的重要参数之一，它的准

请支付后下载全文，论文总字数：18669字