1、 1 毕业论文开题报告毕业论文开题报告 题目题目: 风力机优化设计及气动性风力机优化设计及气动性能能 的数值模拟的数值模拟 2 写作教程开题报告写作教程开题报告 风力机优化设计及气动性能的数值模拟 姓名 学号 联系 电 话 课 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
2、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
3、 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
4、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 3 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
5、 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
6、 的优化。 4 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。 3MATLAB 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，2007.413 2 Kenisarin,Murat, KarslAA,Vedat M. AAaA
