一种用于风洞实验的弯掠叶片风力机气动性能优化方法

技术特征：
1.一种用于风洞实验的弯掠叶片风力机气动性能优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)三维建模软件进行风力机弯掠叶片设计，并对风力机塔架、支撑底板建模，并利用三维打印机进行三维打印；步骤2)在风洞中搭建用于弯掠叶片风力机气动测量的装置；步骤3)设备安全性检查包括：紧固螺栓是否有松动；模型风力机是否固定安装；电流调理电路与转速调理电路是否正确连接并且正常运行，确保每条管道都保持通畅无堵塞情况；确保风洞内部清洁；步骤4)设定各气动特性测量采集器的采样频率及采样时间；步骤5)启动风洞，调节控制柜频率获得设定风速；步骤6)风力机功率测量，调节参数获得设定转速，依次采集不同转速下基准风力机的推力系数、功率系数；步骤7)调节参数获得设定转速，进行尾迹流场测量，采集基准风力机的尾迹流场分布，完成后关闭风洞；步骤8)重复步骤(4)、(5)后，采用正交试验设计的方式，进行风力机功率测量，调节参数获得设定转速，依次采集不同转速下弯掠风力机的推力系数、功率系数；步骤9)调节参数获得设定转速，进行尾迹流场测量，采集弯掠风力机的尾迹流场分布；完成后关闭风洞；步骤10)对比分析不同工况下各风力机的气动特性，获得最优弯掠风力机的设计。2.根据权利要求1所述的一种用于风洞实验的弯掠叶片风力机气动性能优化方法，其特征在于，步骤1)中所述风力机弯掠叶片设计采用式(1)进行：式(1)中，z为叶片截面距原直叶片气动中心线的偏移量，r
r
为叶片截面径向距离，r
s
为扫掠起始径向距离，r是风轮半径，p
s
为叶尖偏移量d与风轮半径之比，m是弯掠强度，p
r
为截面径向距离与半径之比，p
rs
为扫掠起始径向距离与半径之比。3.根据权利要求1所述的一种用于风洞实验的弯掠叶片风力机气动性能优化方法，其特征在于，步骤8)中所述采用正交试验设计的方式为在每一个叶尖速比工况时采用扫掠起始距离与半径之比、叶尖偏移量于半径之比、弯掠强度三类因素，每个因素分为四类水平，并设置共计16组组合进行风洞试验。4.根据权利要求1所述的一种用于风洞实验的弯掠叶片风力机气动性能优化方法，其特征在于，步骤6)及8)中所述风力机功率测量采用式(2)进行处理；式(2)中，ρ为空气密度，u
hub
为旋转风轮中心高度来流平均风速，r是风轮半径，ω为风力机转速，c
pow
为不同工况的功率系数，t
j
为对应工况的瞬时推力，f
t
(i,ω)为试验所用发电
机输出轴功率与输出电流i和转速ω之间的关系式。5.根据权利要求1所述的一种用于风洞实验的弯掠叶片风力机气动性能优化方法，其特征在于，步骤6)及8)中所述推力系数采用式(3)进行处理；式(3)中，ρ为空气密度，u
hub
为风力机旋转风轮中心高度来流平均风速，r是风轮半径，n为采集的推力数据个数，t
j
为对应工况的瞬时推力，c
ti
为不同工况的推力系数。6.根据权利要求1所述的一种用于风洞实验的弯掠叶片风力机气动性能优化方法，其特征在于，步骤7)及9)中所述尾迹流场测量中均采用皮托管校准热线风速仪测量风速，并测量旋转风轮塔架正后方竖直平面及风力机旋转风轮中心高度水平面的测点，相邻测点间隔为旋转风轮相对半径的5％，测点距离从旋转风轮正中心位置至旋转风轮相对半径1.5倍位置。7.根据权利要求6所述的一种用于风洞实验的弯掠叶片风力机气动性能优化方法，其特征在于，所述尾迹流场测量中采用式(4)验证基准风力机尾迹流场测量的准确性；式(4)中，y为尾迹横向坐标；u
n0
为无量纲的尾迹平均风速数值，u
d
为无量纲风速亏损最大值，u
d
取值应大于0；d
r
为表示0.5u
d
处尾迹的宽度，y
r
为尾流中心位置的起始横向坐标。

技术总结
本发明公开了一种用于风洞实验的弯掠叶片风力机气动性能优化方法，包括：1)三维建模软件对装置进行建模，确定叶片弯掠强度；2)搭建用于弯掠叶片风力机气动测量的装置；3)风洞设备安全性检查；4)采集器设定采样时间及采样频率；5)开启风洞，获得设定风速；6)采集不同工况下基准风力机的推力及功率系数；7)采集不同工况下基准风力机尾迹特性；8)采集不同工况下弯掠风力机的推力及功率系数；9)采集不同工况下弯掠风力机尾迹特性；10)数据处理。本发明直接从叶片外形设计角度出发，优化步骤简便高效，适用于风洞实验不同工况下风力发电机弯掠优化设计，较为准确的测量出弯掠叶片的气动特性曲线，为低风速弯掠叶片的气动研究提供可靠验证。验证。验证。


技术研发人员：黄小茜 胡雪芹 杨俊伟 杨华
受保护的技术使用者：扬州大学
技术研发日：2022.06.20
技术公布日：2022/9/2