兆瓦級風力機葉片的優化設計

   摘要：風力機葉片的優化設計對于提高風能利用效率和功率輸出有重大的意義。本文基于求解葉素一動量定理方程，忽略阻力影響，考慮葉尖損失因素，得出了一種風力機葉片的優化設計方法。該方法可以從理論上保證獲得最大的風能利用系數，并對于不同冀型的葉片設計其有通用性．
關鍵詞：風力機；葉片；優化設計；葉尖損失
引言
    風力發電是一種與傳統燃料發電相競爭的無污染發電方式，是富有生命力的清潔能源。風力發電機組正向單機大容量并網型方向發展。目前2MW以下的并網風力發電機組已廣泛地投入實際運行中．國外5MW的風力發電機組也處在試運行階段，10MW及以上級別的大型風力發電機組也已經在研制中。在風力發電機中，葉輪是最重要、最昂貴的部件，單個部件約占整個風力發電機成本的20％,其中葉片占18.3% [1]。葉片的
設計不僅決定了風力機的效率而且還決定其輸出功率。葉片技術主要包括葉片的設計理論。葉片的結構形式，葉片材料選擇以及葉片的加工工藝等方面。本文主要從風力機的效率和輸出功率兩方面多葉片進行優化設計。

   1、 葉素-動量[2]

    葉素是指將葉片沿葉展方向分成若千個小段，每一個小段稱為葉素。葉素是進行葉片氣動設計計算的基本單元，其速度和作用力示意圖如圖1所示：
 

    葉素一動量定理是假定作用于葉素上的力僅與通過葉素掃過的圓環的氣體的動量變化有關，通過鄰近圓環的氣流之間不發生徑向相互作用。因此，對于由N個葉素組成的葉片有以下關系：
    由力平衡得：