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摘 要

近年来，随着化石能源的消耗，环境污染问题的日益严重，新能源得到人们的重视。在新能源的发电技术当中，风电以其独特的优势更加实用。在风力发电中叶片的影响非常重要，因此本文针对叶片提出了如何使风力机安装合适的叶片的方法。

本课题对垂直轴风力发电机构的叶片的气动特性进行了研究。从课题研究背景入手，了解了目前的风力机发展前景。紧接着对研究理论进行探讨，研究的理论基于两个基本理论。一个是贝兹理论，另一个是风轮的叶素动量理论。本文首先通过对翼型的初步选取，确定了基本的翼型，然后通过比较影响叶片的气动特性因素（实度、高径比、转速），得到相应结论。最后根据这些结论采用MATLAB对叶片进行优化，得到合适的叶片外形。

关键词：风轮 叶素理论 流管模型 优化

H vertical axis wind turbine blade aerodynamic shape design

ABSTRACT

In recent years, with the fossil energy consumption and serious environmental pollution problems, new energy sources to get people's attention. In new energy power generation technology, wind power, with its unique advantages become more practical. The influence of the blade is very important in wind power, therefore this paper blade puts forward how to make wind turbine installation suitable method of the blade.

This topic of vertical axis wind power mechanism of the blade aerodynamic characteristics were studied. from the perspective of the topic research background, understand the current wind turbine development prospects. And then discusses the research theory, the theory is based on two basic theory. One is the theory of Bates, the other one is the evvh momentum theory of wind turbines. This article first through the preliminary selection of the airfoil, determines the basic profile, and then by comparing the factors affecting the blade aerodynamic characteristics, compaction degree, high aspect ratio, speed), the corresponding conclusion. Finally, according to the blade was optimized according to these results using MATLAB to get the right leaf shape.

Key words: wind turbines;evvh theory;flow tube model;optimization

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪 论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 风力发电机的发展历史和特点 1

1.3 研究方法和研究现状 4

1.4 研究问题及章节安排 5

第二章 理论分析及翼型初步选取 6

2.1理论分析 6

2.1.1贝兹理论 6

2.1.2风轮的涡流理论 9

2.1.3基本原理 9

2.1.4多流管模型介绍 10

2.1.5基于叶素理论的功率特性 11

2.2 H型垂直轴风力机叶片翼型的选取 13

2.2.1翼型的初步选取 13

2.2.2自由因子a的计算过程 14

2.3本章小结 16

第三章垂直轴风力机的气动性能分析 17

3.1风轮气动性能与方位角的关系 17

3.1.1叶片攻角i随方位角θ的变化关系和相关结论 17

3.1.2方位角与功率之间的关系和相关结论 18

3.1.3多个叶片的旋转时的功率与方位角的关系特性 18

3.2主要影响H型垂直轴风机气动性能的相关因素 19

3.2.1风轮实度对风轮气动性能的影响 19

3.2.2风轮转速对风轮气动性能的影响 23

3.3本章小结 25

第四章叶片的气动外形优化设计 26

4.1优化设计相关理论 27

4.1.1现代的优化方法 27

4.1.2约束优化问题MATLAB方法 28

4.2本章小结 32

第五章 总结与展望 33

参考文献 34

致谢 36

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

随着社会和经济的发展，化石能源的日益消耗和枯竭，清洁可再生能源成为全球的重点研究对象。风能作为一种新型清洁可再生能源，将在未来的能源发展中起到非常关键的作用。

风能作为一种新型的清洁的能源越来越受人们到重点关注。风能蕴藏量巨大，全球风能约为2.74×MW，其中可利用的风能为2MW，我国探明的风力资源为MW。我国有非常大的风力资源潜力，开发利用这些资源将会创造巨大的生态效益和经济效益。我国高度重视风电发展，科技部在“十二五”计划中提出发展风电。

我国地域辽阔，风力资源丰富，风力发电技术日趋成熟，风力发电是新能源领域除水电技术外最成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式之一，因此，风力发电在我国有着很大的发展空间。到目前为止，风力发电已经成为一中不可替代的新型发电模式，对风力机的研发探讨非常有必要。

1.2 风力发电机的发展历史和特点

近年来，随着化石能源的逐渐枯竭，各国都在研发新型可再生能源，以满足自身的发展。风力发电以其独特的优势，成为各国争相发展的主要能源形势。

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