水平轴风力机叶片的逆向设计与分析

    从图中可以看出，优化后的功率曲线要明显优于NREL的功率曲线。在低风速为4~10m/s的条件下，功率分布曲线也比NREL要好。在额定风速为11m/s时，叶轮达到额定功率为20kW。随着风速的增大，叶轮的功率曲线变得平缓，有良好的失速特性。当风速符合Weibull分布^[9、10]时，分别取控制分布的形状参数k＝2.0和控制平均风速分布的尺度参数γ＝0.886227，在平均风速υ＝7.2m/s的情况下，年平均发电量GAEP＝75713KWH。比优化前年平均发电量GAEP＝69535KWH(见图5)提高了8.9%。虽然按照预期的额定功率要求，使得叶片各截面的弦长有所增加，增加了一定的材料成本，但由于年平均发电量的较大幅增加，单位发电成本和原来相比将会降低。

3.2.2最佳安装角的确定
    为确定风力机叶片的最佳安装角，必须知道在不同安装角下的叶轮功率及相应的功率系数，PROPID程序可以实现这一要求。图6给出了安装角从-2.5°~10°的叶轮功率vs风速的变化趋势图，图7给出了安装角从-2.5°~10°的叶轮风能利用系数vs尖速比的变化趋势图。从这两个图可知，在风速超过额定风速的情况下，安装角为10°时叶轮的功率要比0°和2.5°时高，但在低风速（4~10m/s）情况下的功率则要低。这是因为大安装角叶片在低风速时发生了气动分离，而小安装角叶片在高风速才发生气动分离^[11]。由于多数风场在大部分时间内的风速都在4~10m/s范围内，综合比较功率曲线和风能利用系数曲线，当安装角为5°时，叶轮有最佳的气动性能，为最佳安装角度。