Criterion of aerodynamic performance of large-scale offshore horizontal axis wind turbines

With the background of offshore wind energy projects, this paper studies aerodynamic performance and geometric characteristics of large capacity wind turbine rotors （1 to 10 MW）, and the main characteristic parameters such as the rated wind speed, blade tip speed, and rotor solidity. We show that the essential criterion of a high- performance wind turbine is a highest possible annual usable energy pattern factor and a smallest possible dimension, capturing the maximum wind energy and producing the maximum annual power. The influence of the above-mentioned three parameters on the pattern factor and rotor geometry of wind turbine operated in China＇s offshore meteoro- logical environment is investigated. The variation patterns of aerodynamic and geometric parameters are obtained, analyzed, and compared with each other. The present method for aerodynamic analysis and its results can form a basis for evaluating aerodynamic performance of large-scale offshore wind turbine rotors.     

大型近海水平轴风力机转轮的空气动力学性能优化判据

以近海风能工程为研究目标,对具有不同特性参数（设计风速、叶尖线速度和转轮实度）的大容量（1～10 MW）风力机转轮的气动性能与几何特性进行分析与研究．首先提出大型机组转轮气动性能优化判据:在其直径最小的前提下具有尽可能高的年可用风能特性因数以及与之相关的风能利用系数,因而可捕获最多风能,使年发电量最大．接着给出影响它的几个主要气动参数,如转轮设计风速、叶尖线速度以及转轮实度,并分析风力机在近海气象条件下运转时上述两个气动指标随这些参数变化的规律．提供的气动分析方法及结果可作为大型近海风力机转轮气动性能的评价基础．     

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在风力机风轮空气动力学计算中出现一叶片径向环量分布积分方程的求解问题. 方程中的 被积函数包含待求环量的导数, 是个积分-微分方程. 给出该方程的合理解法，以获取较准确的风轮气动特性. 文中先简述了该积分-微分方程的来源. 继而给出其两种数值解法及被积函数奇异性的处理方 法. 最后将所给方法的气动计算结果与其它方法的结果作了比较，以说明所给方法的有效性. 同时还指出其不足并给出改进的预想方法.     

基于外场实验的风力机叶片三维效应研究

针对一台33 kW水平轴风电机组开展了外场实验,得到其叶片7个断面翼型的压力分布曲线;基于求解时均N-S方程对风轮进行三维数值模拟,以及将叶片各断面作为二维翼型进行数值计算,分别得到各断面翼型的压力分布曲线及升阻力系数．通过将外场实验、三维和二维数值计算所得压力分布曲线及升阻力系数进行对比分析,研究了三维效应对风力机气动性能的影响．研究表明,从叶尖到叶根各断面翼型的压差先增大后逐渐减小,叶片表面压力分布曲线比较明显地反映了从叶尖到叶根流动分离的变化;叶片表面压力分布的三维数值计算结果较二维计算结果更加接近于外场实验值;风力机叶片表面的三维流动对叶片的气动性能影响较大,在叶尖和叶根部分尤为突出.