风力发电毕业设计开题报告.doc

风能与动力工程毕业论文毕业论文开题报告 题目: 风力机优化设计及气动性能的数值模拟作者: 李晓鹤 院系： 新能源学院 专业： 风能与动力工程 年级： 大三年级 成绩： 指导教师： 于丹丹 完成时间： 2013.12.15 2013年12月15日沈阳工程学院 写作教程开题报告风力机优化设计及气动性能的数值模拟姓名李晓鹤学号2011106132联系电 题来源教师拟定课题内容工程研究毕业设计的目的及意义风能是一种有发展前景的洁净可再生资源，其储能丰富，据世界气象组织统计分析表明，地球上近地层的风能总量约为 13000 亿千瓦，如果 1%被有效利用，就可以满足人类对能源的要求。风轮是风力机核心的部件之一，其合理的设计、优越的气动性能及可靠的质量是保证风力机组正常、稳定运行的决定性因素。叶片的气动性能可以通过风洞实验手段得到，但是，风洞实验装置复杂、设计周期长、通用性比较局限，实验过程耗费惊人。本课题基于威尔森理论，通过 MATLAB 编程的方法对风力机预弯叶片进行优化设计，得到不同预弯尺寸的叶片，并对不同预弯尺寸的叶片及风轮和整机进行气动性能的数值研究，对我国风电产业具有重要的应用价值和理论意义。国内的现状及发展趋势我国目前对水平轴风力机专用翼型的研究还处于初步阶段，主要是适当改变已有翼型的结构来达到较好的性能。辽宁工程技术大学在已有的翼型基础上，通过添加襟翼来提高桨叶升力；沈阳航空工业学院选取了NACA4424 翼型作为风力机叶片原型，在原翼型的基础上对其进行喷气改型，得到很好的性能；内蒙古工业大学对风力机的叶尖加一个小翼（V 型小翼和 S型小翼）进行了数值模拟与实验相结合的研究，发现适当的小翼安装角及参数能够对风能利用系数起到放大作用。 国外研究现状及发展趋势 随着化石燃料短缺和环境污染的日益严重，风能作为清洁的可再生资源受到全世界的重视，吸引了大批的研究人员和生产厂家的加入。自从丹麦人 Poullalour 在 1891 年发明了第一台风力发电机以来，短短一个多世纪的发展，风力机已经可以大规模并网发电，向人们提供清洁的电能。翼型设计方面，上个世纪末，由于航空翼型具有优良的空气运动性能，故将其用于风力机叶片制造中，相对于效率低下的传统风车，效率得到明显的改善，但是，随着认识的不断深入，航空翼型已被证实应用到风力发电中的不足，后来根据实际需要，发展了一系列风力机的专用翼型，如 FFA-W1、FFA-W2、FFA-W3 系列翼型，DU 系列以及 Riso 系列翼型等7。目前广泛应用的风力机叶片设计及性能预估方法，是基于传统的叶素理论（Blade Element/MomentumTheory）及翼型风洞实验数据，该方法低估了实际风轮的动力产生89。系数，需要调节桨叶节距，跟踪最佳叶片攻角，使风力机跟踪最大功率输出系数，但所设计出的变桨距风力机的可靠性能不能满足安全运行的需要，所以基于安全考虑，现今世界各国实现商业化的风力发电机组大多采用定桨距失速控制。人们在深入了解风力发电机组的运行工况和受力状态后重新开始注重变桨距系统的研发，以获得不断优化的功率输出曲线，同时，采用变桨距系统也明显改善风力机的受力状况，这也对风力发电机组的总体设计十分有利。主要工作方法和手段对NACA系列风力机翼型，通过理论数据分析，完成对风力机的叶片进行MATLAB编程优化设计和实体建模。完成课题的条件熟练掌握风力机叶片的气动性能理论，了解NACA叶型系列设计，具备MATLAB语言编程能力，可以顺利完成叶片实体模型的优化。可能遇到的问题1 因兴趣选择的课题，撰写论文时间较长，有可能没动力准时完成论文。2 因本专业是新设立的科目，图书馆的馆藏资料不足。3 MATLAB语言程序，学习的课时所限制，无法精通，在建模的过程当中解决问题的方法1. 严格执行课题计划，找人相互监督。2. 考虑通过同学关系，去相关学校借阅。3. 认真学习MATLAB语言，完成优化。论文实施计划第一阶段 准备阶段 （2013.6.12-2013.7.02）选定课题，确定研究内容，制定研究方案。第二阶段 实施阶段 （2013.7.02-2013.7.30）掌握风力机组的发展和叶片的空气动力性能理论基础，对叶片进行优化分析完成实体建模。第三阶段 总结分析阶段 （2013.7.30-2013.8.15） 数据采集，风力机流场的数值模拟，整机与风轮模拟结果的比较。参考文献1 张义华，李隆键.水平轴风力机空气动力学数值模拟硕士学位论文.重庆大学，2007.4132 Kenisarin,Murat, KarslAA,Vedat M. AAaAAlar, Mehmet, Wind powerengineering in theworld and perspectives of its development inTurkeyJ,Renewable and Sustainable Energy Review, 2006,10(4):3413693 郭新生.风能利用技术.北京：化学工业出版社. 2009. 26404 李巨峰，张云华.风力发电与我国复合材料叶片产业的发展.玻璃钢学会第十五届全国玻璃钢/复合材料学术年会论文集，2003. 3313345 中国前 9 月风电装机 559 万千瓦 . 大唐山东发电有限公司网站：/xwzx/xwzx_detail.asp?planid=2342- 85 -参考文献1 张义华，李隆键.水平轴风力机空气动力学数值模拟硕士学位论文.重庆大学，2007.4132 Kenisarin,Murat, KarslAA,Vedat M. AAaAAlar, Mehmet, Wind powerengineering in theworld and perspectives of its development inTurkeyJ,Renewable and Sustainable Energy Review, 2006,10(4):3413693 郭新生.风能利用技术.北京：化学工业出版社. 2009. 26404 李巨峰，张云华.风力发电与我国复合材料叶片产业的发展.玻璃钢学会第十五届全国玻璃钢/复合材料学术年会论文集，2003. 3313345 中国前 9 月风电装机 559 万千瓦 . 大唐山东发电有限公司网站：/xwzx/xwzx_detail.asp?planid=23426 李伟，林勇刚.大型风力机变桨距控制技术研究.浙江大学学报，2005，(3)：61667 申振华，于国亮.翼型弯度对风力机性能的影响.动力工程，2007，27（1）：1361398 National Renewable Energy Laboratory. Wind Energy InformationZ,U.S.Department of Energy,19989 Snel H.Review of the Present Status of Rotor Aerodynamics. Jour.of WindEnergy,Pilot Issue,199810贾斌.全程变桨距风能转换装置的气动研究硕士学位论文.内蒙古工业大学，2005.51511Sorensen N.N, Hansen, M.O.L. Rotor Performance Predictions Using aNaVier-Stocks Method. AIAA-1998-0025:52-5912Sorensen N.N, Michelsen J.A. Aerodynamic Predictions for the UnsteadyAerodynamics Experiment Phase II Rotor at the National Renewable EnergyLaboratory. AIAA-2000-0037:161-17113Sorensen N. N._ J. A. Michelsen S. Schreck. Navier-Stokes Predictions of theNREL Phase VI Rotor in the NASA Ames 80 ftX 120 ft Wind Tunnel. WindEnergy, 2002， 5:151-16914J. Johansen, N. N. Sorensen, J. A. Michelsen, S. Schreck. Detached-EddySimulation of Floes Around the N