● 摘要
大型水平轴风力机组以其较高的投入产出比，已是目前新建大型风场所采用的主要风电机组。开展MW级水平轴风力机叶片气动设计和性能评估工作，深入理解其设计中的空气动力学原理，提高我们在大型风力机叶片设计能力，具有理论意义又具有工程应用价值。 本文针对某1.5MW水平轴风力机叶片气动设计和性能评估的各环节开展研究，主要的研究成果如下：1．完成了风力机叶片气动设计和性能评估等计算方程的推导，建立了叶片设计和性能计算所需的相应模型，为后期的叶片工程设计提供了理论基础。通过叶片气动外形的最优化计算模型可获得给定尖速比下叶片理论上最佳几何外形的相关参数，并在性能计算中引入了轴向诱导因子大于0.5下的重载修正和桨叶厚度、宽度的影响修正。2．分析整理了现代风力机叶片所采用的典型翼型，并深入开展了叶片翼型性能的数值分析研究。研究表明：大型风力机的叶片的主做功区可忽略雷诺数的影响；翼型表面粗糙度引起翼型表面压力系数的变化位置主要集中在翼型的前缘吸力面和尾缘；大攻角下翼型绕流除了主分离涡外还有沿固壁分布的数个次分离涡，组成了主次分离涡群；翼型的动态失速可分为深失速和轻失速两种特性，其在流动形态上有着显著的区别。3．完成了某1.5MW的37.5m风力机叶片的气动设计和性能评估项工程目。性能评估表明该风力机具有较佳的气动性能，实际风况（风剪切、塔影和偏航）对风力机的瞬时载荷和性能均有较大的影响。