风力发电中叶片攻角对效率的影响

最早出现利用风车发电是在世纪的末期，美国人研制出了台功率为的直流的风力发电机。

在早期研制的风电发电机都用与些电网无法普及到的的山区，用于蓄电池的供电和照明使用，除了这些功能以外人们对与风电几乎没有别的使用需求。

到了上个世纪的年代，伴随化石燃料的迅速枯竭，石油和煤炭以及天然气等次能源的价格开始迅速飞涨，并且加上了因为过量的使用化石燃料而造成的地球的环境污染，开始迫使政府来开始寻找新的能源代替品，于是风能作为种本身就可以可再生的清洁能源得到了迅速的发展。

风力能源的大量的使用可以有效的并且迅速的缓解能源的危机，降低了化石燃料燃烧后所造成的排泄物对与环境造成的巨大污染。

现代风电发电机开始向着大型化和智能化以及产业化的方向快速的向前发展，水平轴的风力发电机由于它的风力资源的利用系数较高和起动风速比较低以及外形相对美观等优点逐渐成为了现在的风力发电机组的主流。

风电发电机组的单机容量和大小尺寸也逐渐的开始增大，如今单机容量最大的风力发电机组是公司研发的的直驱动形式的风力发电机组，这种风力机的叶轮直径是塔架高机舱重塔架重。

伴随着风力发电机组容量的迅速增大，风电发电机组逐渐从陆地上安装发展到了海洋上，海洋上的风速相对较大并且相当平稳，每年的发电量要比陆地平均高到，是未来风力发电的发展的个主要的方向。

过去的年中，风力发电的主要成本由美元千瓦小时下降到了美元千瓦小时，考虑到了有环境污染等其他因素的影响，风力发电与火电相比已经初步具有了很强的竞争力，伴随着技术的进步优化升级风力发电的成本还会继续的降低，我们广泛运用风力发电将会变成现实。

由于传统化石能源的迅速日益匮乏，风能作为种可再生能源已经受到了全球越来越多的关注。

风力发电技术的迅速普及发展还有风力发电机的装机总容量的迅速增长也表现出来了国际社会对于气候的持续恶劣环境的变迁资源变少的挑战所达成的统的共识与行动。

可再生资源作为可以解决全球能源危机的个绿色的方案，受到了世界各个国家的普遍的重视。

当前，世界上平均的电力消费比例显示，煤发电大约占到总体的水力发电大约占核能发电主要占天然气发电占油发电占风力资源等可再生的能源大约占了总体的其中，欧盟计划年新能源提供的电力将提高到在我国今年的电力系统规划当中，煤力发电大约占，水力发电占其中的，天燃气发电占其中的，核能发电占其中的，风力资源等可再生能源占其中的，如图所示。

与其他可再生能源的利用手段相比，风力发电是解决电力短缺和能源匮乏的个极其重要的战略选择。

据我国最新的数据统计，截止到年的年底，世界上总的风力发电的装机容量已经达到了，其中属于新增的装机容量是。

在中国，风力发电技术的推广已经成为了我国可再生能源政策支持上的个极其重要的发展方向。

图中国的能源的构成和电力的能源结构年风电技术发展概况国内外风电技术研究现状世纪后，世界风力发电技术水平得到了飞速发展，主要体现在单机容量不断上升，提高风力发电量。

变桨距的功率调节的方式开始迅速的取代了定桨距的失速调节方式，大大提高了风力发电机的发电效率。

变速恒频的驱动方式开始逐步取代恒速恒频的驱动发电方式无齿轮箱系统的直驱方式逐渐增多。

国外风电技术研究现状世界风力发电事业发展迅速，未来几年的趋势主要表现为风力发电逐渐从陆地上向海面上进行拓展。

新的风力发电技术将不断的应用在功率因数的调节方式上面，变速恒频技术的发展和变桨距调节驱动技术将得到更大力度的支持和应用。

在风力机控制技术上，计算机分布控制技术将得到进步应用在空气动力方面进行进步改进，利用新型材料设计新型的风轮叶片应对多变的风况，改善其空气动力响应和叶片的受力状况，增加风轮可靠性和对风能的捕获量。

德国和丹麦以及西班牙等世界发达国家在风力发电技术上有关功率系数的研究以及开发上投入了相当多的人力和资金支持，比较综合的利用和发展了有关空气动力学和新材料学以及新型电机发展等方面的最新成果，率先开发并且建立了评估风力资源的精确测和其计算机的模拟系统的研究，升级了由于变桨距控制和失速控制有关的风力发电机的设计理论，开发出了有变级和变滑差变速恒频以及永磁等新型的风力发电机，研制出了拥有微机控制的台或者多台风力发电机组，以至于大大提高了风力发电技术的效率及其可设计的方法，然后经过专业软件的模拟，比较并且选出能够使效率最大化的设计方法。

简化设计方法根据理论风轮最大功率的条件下，不考虑叶片涡流的分布及其影响，经过推导，叶素处又因为般会取攻角在升阻比的最大值附近，称之为为最佳攻角。

最后可以推导出在叶素的处，弦长安装角为设计方法设计方法主要考虑了风轮后旋转损失。

但是在另方面，方法忽略了叶片翼型的阻力及其叶尖损失的影响，虽然这两种因素对叶片外形设计的影响较小，但是其对风能利用系数影响较大，即便如此，设计方法仍然得到很广泛的应用，但是应当注意以下两点对靠近根部处的过大的弦长和扭角需要进行修正对应用所设计的外形，需要计算它的功率特征曲线，然后再根据曲线对叶片的外形做出必要的修正。

经过计算可以推导出弦长相应的安装角为设计方法设计方法是在目前国内外应用的比较普遍的方法之。

方法对方法进行了定的改进，进步对叶尖损失和升阻比对叶片是否能发挥最佳性能做出了研究，并且根据风轮在非设计状态下的性能分析来设计叶片。

因此，方法是比设计方法更为先进计算精度更高考虑因素更为周全的设计方法。

首先要考虑到升阻比对于轴向诱导因子和切向诱导因子的影响比较小，因此在设计气动外形的时候法不考虑阻力的影响，但是要考虑对梢部损失的影响。

那么可以由风力机的基本理论可以推出由方法得到的弦长安装角为仿真模拟软件叶片翼型是利用软件来设计的。

软件是个专业的进行翼型设计和分析的应用于航空的空气动力学设计软件。

这个软件的翼型库很大，并且可以根据需要来设计翼型，还可以针对用户不同需要来从不同角度对现有的翼型进行气动性分析。

此软件简化了叶片设计中的翼型选取环节，推动了翼型外形数据对于精度的追求，大大提高了叶片设计精度。

如图所示，为软件的使用界面。

图软件的使用界面接下来本文将以的风力发电机为例来阐述下风力发电机叶片的设计步骤。

风轮直径式中。

叶尖速比本文中叶尖速比取为。

叶片数本文中根据目前水平轴是风力发电机的风轮叶片般为片，因此本文中叶片数。

翼型实际的风力发电机叶片多采用多种翼型。

本文为了简化计算，整个叶片只采用翼型，如图所示。

经计算，雷诺数。

图翼型外形图图不同的雷诺数所对应的升阻比和攻角变化图图不同的攻角对应的升阻比的变化图升阻比与攻角之间的变化关系如上图所示，可以看到以下几点对于的风力发电机来说，攻角为或者时它的升阻比最大，相应的效率也就越高，功率越大。

当攻角不同时，并不是攻角越大，其升阻比越高，升阻比较大值多集中在附近。

当雷诺数不同时，在定范围内，雷诺数越大，升阻比越大，效率就越高，功率也就越大。

结论与展望结论本文根据当前国内外风力发电机叶片的研究现状，以风力发电机的叶片作为研究对象，对风力发电机的叶片进行了仿真，并对风力发电机的叶片进行了两种不同的设计，并且根据不同的情况提出了不同的看法。

在本论文的研究过程中，主要完成的研究内容和结论如下本文利用软件对叶片处于不同的雷诺数及不同的攻角所进行了相应的仿真，得出了与实际操作误差不大的结果。

整理了国内外的文献资料，收集了当前流行的风力发电机设计的模型，分析比较了当前各种主要风力发电机的叶片设计模型的特点。

得出的结论是在高风速时，利用设计所研究出的叶片，功率显然高于动量叶素理论设计出来的叶片，并且两者在高风速下的波动都比较大对于翼型不变的叶片来说，升阻比总是先随着攻角的增大而增大，当的时候，升阻比最大，效率也最高，功率最大当时，升阻比还处在个比较大的数值而当时，升阻比开始减小，甚至为。

展望本文对风力发电机的叶片进行了气动特性分析与设计，由于时间和实验条件等多方面的限制，难免会有不妥之处，现在就对本文的工作不足之处和风力发电机的叶片建模和翼型气动分析的下步研究工作做下展望。

本文的风力发电机的叶片采用的是传统的航空翼型，为了计算方便，只采用了种翼型，而现代风力发电机的叶片设计大多采用专用风机翼型，而且不止种，要获得更为严谨的实验数据，则需要更多的试验及模拟。

在叶片设计及其性能计算的程序中加上对风力发电机的叶片设计及其气动性能计算的影响，完善考虑以后的设计和气动性能计算。

本文只对风力发电机的叶片进行了二维的数值模拟和分析，要想获得更为全面的分析，可以对叶片进行三维数值模拟分析。

由于时间及各种条件的限制，只能从数值模拟等角度去进行分析，要获得更为准确的数据，要在实验中获得。

这些问题还有不足之处将有待于在今后的研究中进步加以解决。

希望通过本研究能为风力发电机的叶片的实体建模及其风力发电机的叶片的气动分析提供些自己的思路和建议，为我国的风力发电机的叶片研究的进步深入有所帮助。

参考文献廖明夫，风力发电技术，西北工业大学出版社，李德源，叶枝全，风力机叶片载荷谱及疲劳寿命分析工程力学尹佐明，水平轴风力机叶片气动特性分析及外形设计北京华北电力大学，王承煦，张源，风力发电北京中国电力出版社，李军向大型风机叶片气动性能计算与结构设计研究武汉理工大学，施鹏飞年中国风电装机容量统计，刘竹青风能利用技术北京中国农业科学技术出版社，勒古