摘要：随着我国风电产业的快速发展，除了大基地风电场的建设之外，国家正逐步倡导开发分散式低风速风电场，尤其是在风资源不足的经济发达地区。“十三五”期间，低风速风电的发展势头强劲，在整体风电开发中所占比重越来越大，逐渐成为风电开发中的新生力量。

本文基于仿生原理，采用弯掠技术对直叶片进行优化设计，并通过风洞试验，研究直叶片风轮及弯掠叶片风轮在低风速下的功率特性及尾流场分布。主要开展了以下工作及研究：

1.通过对DU翼型族以及NACA翼型族气动性能的比较分析，选择合理翼型并基于叶素动量理论设计直叶片，建立三维模型；

2.基于仿生原理并根据弯掠方程优化直叶片，建立弯掠叶片模型。

3.在扬州大学低速风洞实验室进行风洞试验，研究对比直叶片风轮及弯掠叶片风轮的输出功率并分析其在轴向入流工况中不同叶尖速比的尾流场的速度分布。

关键词：气动性能；弯掠优化；风洞试验；尾流

目录

摘要

Abstract

1. 绪论-1

1.1 研究背景及意义-1

1.2 我国低风速风资源-1

1.2.1 我国低风速区风资源分布-1

1.2.2 低风速风资源特点-2

1.3 弯掠叶片技术-2

1.4 本文技术路线-2

1.5 本文研究内容及安排-3

1.6 本章小结-4

2. 风力机空气动力学基础-5

2.1 经典叶素动量理论[6]-5

2.1.1 叶素动量法推导-5

2.1.2 普朗特叶尖损失因子-9

2.1.3 葛劳渥特修正-10

2.2 原1D Jensen尾流模型-11

2.3 2D Jensen尾流模型-13

2.4 本章小结-14

3. 直叶片设计-15

3.1 翼型选择-15

3.1.1 叶片的设计目标-15

3.1.2 DU和NACA6系列翼型族的性能比较-16

3.2 风轮气动设计-22

3.2.1 叶片数目的选择-22

3.2.2 叶片弦长扭角分布-22

3.3 直叶片三维建模-24

3.4 直叶片风轮输出功率的试验值与理论值对比-25

3.5 本章小结-26

4. 弯掠叶片设计-27

4.1 确定叶片弯掠方式-27

4.1.1 拉格朗日插值法-27

4.1.2 确定弯掠曲线方程-27

4.2 本章小结-29

5. 风力机气动性能风洞试验-30

5.1 试验设备-30

5.1.1 低速风洞-30

5.1.2 热线风速仪-30

5.1.3 转速仪-32

5.1.4 功率测量仪器-32

5.2 试验方案-33

5.2.1 功率测量试验方案-33

5.2.2 尾流场测量试验方案-34

5.3 试验结果分析-35

5.3.1 功率测量试验结果分析-35

5.3.2 尾流场测量试验结果分析-36

5.4 直叶片风轮尾流场速度分布的试验值与理论值对比-40

5.5 本章小结-41

6. 结论与展望-43

6.1 总结-43

6.2 展望-45

参考文献-46

致谢-48