[发明专利]一种风力机叶尖损失修正计算方法

说明书

本发明提供一种风力机叶尖损失修正计算方法包括如下步骤：步骤一：根据给定的表达式计算得到第一修正因子FS；步骤二：使用步骤一得到的FS修正风力机叶片剖面的升力系数和阻力系数；步骤三：根据给定的表达式计算得到第二修正因子FR；步骤四：基于步骤二，并使用步骤三得到的FR，修正轴向诱导因子和切向诱导因子。本发明提供的风力机叶尖损失修正计算方法提出了两个修正因子，利用两个修正因子实现更准确的风力机叶尖损失修正，从而解决了失速状态的修正不足甚至反修正问题。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体的涉及一种风力机叶尖损失修正计算方法。

背景技术

叶素动量方法(BEM)是空气动力性能计算最常用的方法，其计算准确性对于风力机设计和评估风电机组发电量具有重要意义。由于BEM方法基于二维假设，当计算叶片尖部等三维流动特征明显的区域的气动力时，依赖于叶尖损失修正计算。于20世纪60年代提出的Glauert修正模型是BEM中应用最多的一种叶尖损失修正计算方法。该模型定义了一个修正因子F，表示风力机叶轮平面平均诱导速度与叶片处诱导速度的比值。在20世纪70年代，Wilson等人和Vries等人先后对Glauert模型的表达式进行了修改。丹麦技术大学的Shen等人于2005年提出了一个新的修正因子F₁，并将该修正因子与Glauert模型的修正因子F共同用于BEM的叶尖损失修正计算。尽管Glauert模型的计算结果并非完美，但其被应用的历史最长，验证最充分，各种模型中仍然没有任何一个被公认优于Glauert模型。

包括Glauert模型在内的现有各种叶尖损失修正计算方法，存在的突出问题主要体现在两个方面：一是与实验数据相比，叶尖损失修正的准确性仍然存在不足；二是对风力机失速状态没有做针对性的处理，导致在失速状态出现修正不足甚至反修正现象。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种风力机叶尖损失修正计算方法，相比Glauert模型提高了计算准确性，并解决了失速状态的修正不足甚至反修正问题。

为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：一种风力机叶尖损失修正计算方法包括如下步骤：步骤一：根据给定的表达式计算得到第一修正因子FS；步骤二：使用步骤一得到的FS修正风力机叶片剖面的升力系数和阻力系数；步骤三：根据给定的表达式计算得到第二修正因子FR；步骤四：基于步骤二，并使用步骤三得到的FR，修正轴向诱导因子和切向诱导因子。

优选地，步骤一中第一修正因子FS的计算表达式为：其中R为风力机叶轮半径，r为叶片剖面所在半径，c为叶片剖面弦长。

优选地，步骤二中修正风力机叶片剖面的升力系数和阻力系数的公式为：C_l＝F_SC_L,C_d＝C_D+C_ltan[α(1-F_S)],其中C_l和C_d分别为叶片剖面升力系数，C_L和C_D分别为二维翼型升力系数，α是叶片剖面的迎角。

优选地，步骤二中修正风力机叶片剖面的升力系数和阻力系数的公式为：其中C_l和C_d分别为叶片剖面升力系数，C_L和C_D分别为二维翼型升力系数，α₀是翼型的零升力迎角，m是翼型的升力线斜率，C′_L和C′_D分别是迎角α′时翼型的升力系数和阻力系数，其中

优选地，步骤三中第二修正因子FR的计算表达式为：其中B为风力机叶片数，R为风力机叶轮半径，r为叶片剖面所在半径，λ为叶尖速比。

相较于现有技术，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：