【摘 要】
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作为绿色环保可再生能源,风能的发展受到全世界的瞩目。部分早期的风力发电机组由于风资源测量有误差,风力机与叶片不匹配等原因,导致机组出力不足,该问题可通过延长叶根长度来解决。为深入了解延长叶根长度对风力机气动性能影响规律,本文以某600k W水平轴风力机为研究对象,开展了风洞实验及数值模拟研究。首先,以某600k W水平轴风力机为研究对象,基于相似理论设计与原型机气动性能相似的缩比模型。对不同叶根长
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作为绿色环保可再生能源,风能的发展受到全世界的瞩目。部分早期的风力发电机组由于风资源测量有误差,风力机与叶片不匹配等原因,导致机组出力不足,该问题可通过延长叶根长度来解决。为深入了解延长叶根长度对风力机气动性能影响规律,本文以某600k W水平轴风力机为研究对象,开展了风洞实验及数值模拟研究。首先,以某600k W水平轴风力机为研究对象,基于相似理论设计与原型机气动性能相似的缩比模型。对不同叶根长度缩比模型风力机建立了三维物理模型和数学模型,数学模型采用压力速度耦合算法,选用κ-ωSST湍流模型。对缩比模型进行了风洞实验和数值模拟,验证了物理、数学模型的准确性及延长叶根方法的可行性。然后,对原型600k W风力机叶根进行1m、1.5m、0.9m和1.1m四种情况的加长,采用上述数学模型,对600k W原型A（不延长叶根）、B（延长叶根1m）风力机旋转域内部气流流态分析,结果表明:原型B风力机风轮轴向前后的压力差值比原型A风力机大,对风轮的旋转更有利;从不同截面翼型压力分布来看,原型B风机叶片各截面正反压力差更大,压力从前缘到后缘变化更规律;A、B两叶片,吸力面上方的流动特性受来流风速的影响较大,8m/s时,叶片约20%的范围发生分离,随着风速增加,12m/s时叶片分离的区域变得更大,约占叶片的50%。最后,对600k W原型A（不延长叶根）、B（延长叶根1m）、C（延长叶根1.5m）、D（延长叶根0.9m）、E（延长叶根1.1m）风力机数学模型在不同工况下特性曲线进行分析。额定转速27rpm时,在来流风速2m/s、4m/s、6m/s、8m/s、10m/s、12m/s、14m/s、15m/s下进行模拟,得出:叶根延长1m的B型风力机最大输出功率最高,气动性能最优。当A、B、C、D、E五种风力机都在最佳状态时,B型风力机相比A型基准风力机力矩增加7.11%,输出功率增加7.2%,功率系数增加11.5%;C型风力机相比A型基准风力机力矩增加4.21%,输出功率增加4.3%,功率系数增加8.34%;D型风力机相比A型风力机力矩增加4.99%,输出功率增加5.01%,功率系数增加2.12%;E型风力机相比A型风力机力矩增加5.50%,输出功率增加5.21%,功率系数增加4.04%。变转速15rpm、20rpm、27rpm,每一种转速都对应风速4m/s、6m/s、8m/s、10m/s、12m/s、13m/s、14m/s、15m/s、16m/s九种风速,模拟得出:延长叶根后风力机功率提高,功率曲线整体左移,可以降低风力机达到最大输出功率的风速。同一风速下,风力机输出功率随着转速增加而增加,并且五种风机模型均在额定转速27rpm时达到最大输出功率。另外,当风速大于各自工况下的最大输出功率风速时,功率曲线会降低。整体来说,延长1m叶根（B型）风力机性能最优,输出功率最高、功率曲线变化更规律,对风能利用更有效。
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