基于Wilson模型和遗传算法的风机叶片优化设计方法及系统技术方案

本申请提出了一种基于Wilson模型和遗传算法的风机叶片优化设计方法及系统，该方法包括：根据风场的特征模型计算风机的额定风速,并根据额定风速和额定输出功率反算出风轮直径；对初始叶片翼型模型进行空气动力分析，根据升阻比随攻角的变化曲线确定叶片翼型的攻角；将叶片沿展向等分成预设数量个叶素，并通过Wilson模型迭代计算出每个叶素的轴向诱导系数和切向诱导系数；根据轴向和切向诱导系数分别计算每个叶素的扭角和弦长；通过遗传算法根据每个扭角依次重新优化每个叶素的弦长，并拟合每个叶素的翼面和外形参数。该方法通过Wilson模型和遗传算法对叶片进行联合优化设计，有效提高叶片的气动性能，提高了风机的风能利用率。能利用率。能利用率。

【技术实现步骤摘要】
基于Wilson模型和遗传算法的风机叶片优化设计方法及系统


[0001]本申请涉风力发电
，尤其涉及一种基于Wilson模型和遗传算法的风机叶片优化设计方法及系统。

技术介绍

[0002]目前，通过风力发电技术在风力资源丰富的地区进行发电已经较为普遍，随着风力发电设计水平和风机叶片制造技术的进步，降低了风电运营的成本，使风电机组的发电能力得到了提升。
[0003]近年来，单机功率大型化使得机型迭代速度加快，大容量风力涡轮机是风力发电的未来发展趋势。而由于风轮的输出功率与叶片扫掠面积成正比，随着风机单机功率的不断增大，叶片大型化已成为未来风电发展的必然趋势，因此，叶片的外形设计是否合理直接决定了风能转化效率。
[0004]相关技术中，通常是在翼型设计软件中根据需要设计叶片的外形，在设计过程中缺少对叶片在实际应用中的影响因素进行考虑，且对叶片设计参数的优化程度较低，导致风机的风能转化效率较低。

技术实现思路

[0005]本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0006]为此，本申请的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Wilson模型和遗传算法的风机叶片优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：根据风机所处风场的特征模型计算所述风机的额定风速,并根据所述额定风速和所述风机的额定输出功率反算出风轮直径；确定待优化的叶片翼型参数，建立初始叶片翼型模型，并对所述初始叶片翼型模型进行空气动力分析，根据所述初始叶片翼型的升阻比随攻角的变化曲线确定叶片翼型的攻角；将所述初始叶片翼型模型沿展向等分成预设数量个叶素，并通过Wilson模型迭代计算出每个所述叶素的轴向诱导系数和切向诱导系数；根据每个所述叶素的轴向诱导系数和切向诱导系数分别计算每个所述叶素的扭角和弦长；通过遗传算法根据每个所述扭角依次重新优化每个所述叶素的弦长，并拟合每个所述叶素的翼面和外形参数，以完成所述风机的叶片翼型设计和叶片外形设计。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过Wilson模型迭代计算出每个所述叶素的轴向诱导系数和切向诱导系数，包括：确定所述轴向诱导系数和所述切向诱导系数的初始值；设置风能利用系数为目标函数，根据叶尖损失系数推导出能量方程作为约束条件；基于序列二次规划法编写迭代算法，按照所述迭代算法对所述轴向诱导系数和所述切向诱导系数进行迭代，直至获得所述轴向诱导系数和所述切向诱导系数的最优解。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过以下公式计算所述叶尖损失系数:其中，其中，是入流角，R是风轮半径，r是截面至回转中心的长度，N是风轮转速；所述根据叶尖损失系数推导出能量方程，包括：将所述叶尖损失系数代入格劳特Glauert弦长公式推导出所述能量方程，所述能量方程通过以下公式表示：a(1
‑
aF)＝b(1+b)λ2其中，a是轴向诱导系数，b是切向诱导系数，F是风轮所受压力，λ是叶片不同截面处的速比。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据风机所处风场的特征模型计算所述风机的额定风速，包括：通过以下公式表示所述风场的特征模型：其中，K是形状参数，C是尺寸参数，V是设计风速；根据所述风场的特征模型确定所述风机的额定输出功率的表达式；将所述风机的额定输出功率的表达式对风速进行一阶求导获得所述风机的额定风速。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述额定风速和所述风机的额定输出功率反算出风轮直径，包括：通过以下公式确定所述风机的输出功率：其中，P是风机输出功率，V是风机额定风速，...

【专利技术属性】
技术研发人员：万芳，祝金涛，曹朔，唐云，童彤，任鑫，曾谁飞，吴昊，武青，朱俊杰，吕亮，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：