基于遗传算法的风力机桨叶优化设计.doc

基于遗传算法的风力机桨叶优化设计
韩中合吴铁军/ 华北电力大学动力工程系
摘要:以经过修正的叶素理论为计算模型,在满足设计功率的前提下,以叶轮实度的最小值为优化目标,通过遗传算法来搜索弦长的最优值。。
关键词:风力机;桨叶;优化设计;遗传算法
中图分类号:TK83 文献标识码:B
文章编号:1006-8155(2008)01-0046-04
Optimal Design for Blades of Wind Turbine Based on ic Algorithms
Abstract: On the condition of satisfying design power, set corrected Glauert theory as calculation model and set minimum value of impeller as optimal object, the optimal value of chord length has been searched through ic algorithms. And set optimal design process of blades of wind turbine as an example, the concrete optimal process is also presented.
Key words: wind turbine; blades; optimal design; ic algorithms
引言
风是一种永不枯竭的能源。地球上的风能大大超过水流的能量, 也大于固体燃料和液体燃料能量的总和。地球上可用来发电的风力资源约有l00 亿kW,几乎是现在全世界水力发电装机的l0 倍。目前世界每年燃烧煤所获得的能量,只有风力在一年内所提供能量的1/3。自20 世纪70 年代世界石油危机以来,风力发电逐步发展起来,尤其到90 年代,由于科技的进步,风力发电从新能源中脱颖而出,成为一种最具工业开发规模的新能源。因此, 国内外都很重视利用风力来发电, 开发新能源。
风力机是将风能转化为机械能的一种动力机械,主要由风轮、机仓、机尾、回转体和塔架构成。风轮由桨叶构成,作为捕获风能的装备,桨叶性能的优劣直接影响风能的利用效率。
目前比较成熟的桨叶设计方法是Glauert环动量理论,该理论以叶素理论为基础,其优点是考虑了叶轮产生的涡流速度。在桨叶外形的初期设计过程中Glauert十分有用,但是忽略了叶尖和轮毂损失,也没有考虑叶轮在失速条件下的修正,因而具有很大的局限性。而且在设计过程中,仅保证功率系数最大,忽略了风力机实际输出功率的限制,因而设计的弦长普遍偏大[1]。
本文提出的设计方法,以Glauert理论为设计基础,采用考虑叶尖损失、轮毂损失、叶栅理论及失速状态下动量理论的片条理论为计算模型[2],在满足设计功率的前提下以叶轮实度最小为优化目标,通过遗传学算法进行弦长的优化设计。
1 Glauert 环动量理论
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图1 叶素三角形及气动力
Glauert 理论[3]考虑了风轮后涡流流动,并假定:
①忽略叶片翼型阻力和叶梢损失的影响;
②忽略有限叶片数对气流的