风力机叶片表面粗糙度对性能的影响及其缓解策略

摘要整理

本文通过数值模拟研究了叶片表面粗糙度对风力机性能和年发电量的影响，以及通过改进控制策略对这些影响的部分缓解方法。采用NACA4415、S801和S810翼型设计了三种转子，使用叶素动量理论建立风力机性能模型。清洁和粗糙翼型的气动升力和阻力数据来自前期实验研究。结果表明，表面粗糙度在大型风力机典型攻角范围内导致翼型升力系数降低、阻力系数增加，从而明显降低风力机性能。针对在四个不同风速分布的候选风场运行的粗糙叶片风力机，研究了三种独立的控制方法。结果显示，与清洁叶片转子相比，采用基于扭矩的控制策略时，粗糙叶片导致性能下降2.9%~8.6%。通过重新优化控制器增益系数的控制性能恢复策略，可使粗糙转子年发电量增加0.1%~1.0%。研究表明，通过优化控制参数可以部分补偿表面粗糙度带来的性能损失，为风力机运维和性能管理提供了技术参考。

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