本發(fā)明涉及一種考慮空氣可壓縮性的風(fēng)機(jī)葉片氣動(dòng)載荷計(jì)算方法、電子終端及存儲介質(zhì)，屬于風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、為了大型風(fēng)力機(jī)能夠更有效地捕獲風(fēng)能，從而提高能量產(chǎn)出，風(fēng)力機(jī)的大型化發(fā)展趨勢在風(fēng)電行業(yè)中日益顯著，這導(dǎo)致葉片尺寸顯著增加，葉片的長度已經(jīng)從最初幾十米發(fā)展至如今的上百米。海上風(fēng)電作為風(fēng)能日益壯大的組成部分，更加推動(dòng)了風(fēng)力機(jī)葉片長度的增加和風(fēng)電機(jī)組大型化的發(fā)展。傳統(tǒng)的葉素理論bem基于空氣不可壓縮的伯努利方程，只適用于中小型風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)載荷計(jì)算，然而最新發(fā)布的22mw風(fēng)力機(jī)模型的葉尖馬赫數(shù)已經(jīng)超過0.3，打破了空氣不可壓縮的假設(shè)，傳統(tǒng)bem理論不再適用。目前存在的葉素理論中尚不存在針對空氣可壓縮性的修正，因此亟須開發(fā)考慮空氣可壓縮性的風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)載荷計(jì)算方法，以進(jìn)行更精確的載荷計(jì)算。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種考慮空氣可壓縮性的風(fēng)機(jī)葉片氣動(dòng)載荷計(jì)算方法、電子終端及存儲介質(zhì)，通過歐拉方程和等熵關(guān)系式使葉片載荷的計(jì)算考慮空氣密度的變化，使氣動(dòng)載荷計(jì)算方法能夠適應(yīng)風(fēng)電機(jī)組大型化的發(fā)展。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種考慮空氣可壓縮性的風(fēng)機(jī)葉片氣動(dòng)載荷計(jì)算方法，包括：構(gòu)建更新軸向誘導(dǎo)因子的推力等式；用所述推力等式對軸向誘導(dǎo)因子進(jìn)行更新，同步更新切向誘導(dǎo)因子；并根據(jù)更新后的軸向誘導(dǎo)因子和切向誘導(dǎo)因子獲得相應(yīng)的局部入流角、升力系數(shù)和阻力系數(shù)；根據(jù)所述局部入流角、升力系數(shù)和阻力系數(shù)計(jì)算風(fēng)機(jī)葉片氣動(dòng)載荷；其中，所述推力等式包括：根據(jù)可壓縮空氣密度表達(dá)式、歐拉方程和葉素理論構(gòu)建的第一推力等式，以及根據(jù)glauert大推力系數(shù)與誘導(dǎo)因子之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式和葉素理論構(gòu)建的第二推力等式。

4、進(jìn)一步的，所述根據(jù)可壓縮空氣密度表達(dá)式、歐拉方程和葉素理論構(gòu)建第一推力等式，包括：

5、使用等熵關(guān)系式得到可壓縮空氣密度表達(dá)式，表達(dá)式為：

6、；

7、式中，和分別為初始狀態(tài)下的大氣密度和壓強(qiáng)，為比熱比，是壓強(qiáng)為時(shí)對應(yīng)的空氣密度；

8、將可壓縮空氣密度表達(dá)式代入歐拉方程，得到壓力與速度之間的關(guān)系式：

9、；

10、對上式兩邊積分，整理可得風(fēng)輪前的壓力和風(fēng)輪后的壓力分別為：

11、；

12、；

13、其中，和分別是風(fēng)輪前和風(fēng)輪后的空氣流速，其計(jì)算式分別為：

14、；

15、；

16、式中，為軸向誘導(dǎo)因子，為切向誘導(dǎo)因子，為來流風(fēng)速，為風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，為葉片局部半徑；

17、結(jié)合葉素理論建立的第一推力等式為：

18、；

19、式中，為計(jì)算氣動(dòng)力系數(shù)時(shí)的參考空氣密度，為葉片數(shù)，為局部入流角，和分別為葉片局部半徑處的局部弦長和軸向力系數(shù)，為葉片局部半徑處的葉片展向微元長度。

20、進(jìn)一步的，所述根據(jù)glauert大推力系數(shù)與誘導(dǎo)因子之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式和葉素理論構(gòu)建的第二推力等式，包括：

21、根據(jù)glauert大推力系數(shù)與誘導(dǎo)因子之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式獲得推力系數(shù)：

22、；

23、計(jì)算葉片局部半徑處風(fēng)輪圓環(huán)的推力為：

24、；

25、建立的第二推力等式為：

26、；

27、式中， ?為prandtl葉尖修正因子，為葉片局部半徑處的相對風(fēng)速。

28、進(jìn)一步的，所述用所述推力等式對軸向誘導(dǎo)因子進(jìn)行更新，同步更新切向誘導(dǎo)因子，包括：設(shè)定軸向誘導(dǎo)因子和切向誘導(dǎo)因子的初始值；

29、一次迭代計(jì)算包括：

30、根據(jù)軸向誘導(dǎo)因子和切向誘導(dǎo)因子計(jì)算局部入流角和攻角，公式為：

31、；

32、；

33、式中，為葉片的局部槳距角；

34、根據(jù)預(yù)設(shè)的攻角-氣動(dòng)系數(shù)表，獲得與攻角對應(yīng)的升力系數(shù)和阻力系數(shù)；

35、根據(jù)局部入流角、升力系數(shù)和阻力系數(shù)計(jì)算切向力系數(shù)和軸向力系數(shù)；

36、公式為：

37、；

38、；

39、根據(jù)局部入流角和切向力系數(shù)更新切向誘導(dǎo)因子，公式為：

40、；

41、式中，為實(shí)度；

42、根據(jù)上述參數(shù)，更新軸向誘導(dǎo)因子，包括：

43、響應(yīng)于當(dāng)前軸向誘導(dǎo)因子，使用第一推力等式計(jì)算軸向誘導(dǎo)因子；

44、響應(yīng)于當(dāng)前軸向誘導(dǎo)因子，使用第二推力等式計(jì)算軸向誘導(dǎo)因子；

45、迭代循環(huán)，響應(yīng)于滿足迭代終止條件，終止迭代計(jì)算，迭代計(jì)算終止時(shí)，獲得局部入流角、升力系數(shù)和阻力系數(shù)的值。

46、進(jìn)一步的，使用牛頓迭代方式求解軸向誘導(dǎo)因子。

47、進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述局部入流角、升力系數(shù)和阻力系數(shù)計(jì)算風(fēng)機(jī)葉片氣動(dòng)載荷，包括：

48、葉片不同位置處翼型的升力和阻力分別為：

49、；

50、；

51、葉片不同展向位置的軸向力和切向力為：

52、；

53、；

54、式中，為升力系數(shù)，為阻力系數(shù)。

55、第二方面，本發(fā)明提供一種電子終端，包括處理器與所述處理器連接的存儲器，在所述存儲器內(nèi)存儲有計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行如第一方面所述方法的步驟。

56、第三方面，本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)如第一方面所述方法的步驟。

57、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：

58、本發(fā)明提供的考慮空氣可壓縮性的風(fēng)機(jī)葉片氣動(dòng)載荷計(jì)算方法考慮到風(fēng)機(jī)葉片較長的情況下，葉尖位置線速度較大，空氣密度會(huì)隨著氣流速度而變化，因此，本發(fā)明考慮空氣可壓縮性建立第一推力等式，與現(xiàn)有技術(shù)的第二推力等式結(jié)合使用，迭代計(jì)算出更準(zhǔn)確的參數(shù)數(shù)據(jù)用于計(jì)算風(fēng)機(jī)葉片氣動(dòng)載荷，使大型風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)載荷計(jì)算精度更高，更符合風(fēng)電機(jī)組大型化發(fā)展的需求。

技術(shù)特征：

1.一種考慮空氣可壓縮性的風(fēng)機(jī)葉片氣動(dòng)載荷計(jì)算方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算方法，其特征在于，所述根據(jù)可壓縮空氣密度表達(dá)式、歐拉方程和葉素理論構(gòu)建第一推力等式，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的計(jì)算方法，其特征在于，所述根據(jù)glauert大推力系數(shù)與誘導(dǎo)因子之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式和葉素理論構(gòu)建的第二推力等式，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的計(jì)算方法，其特征在于，所述用所述推力等式對軸向誘導(dǎo)因子進(jìn)行更新，同步更新切向誘導(dǎo)因子，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的計(jì)算方法，其特征在于，使用牛頓迭代方式求解軸向誘導(dǎo)因子。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算方法，其特征在于，所述根據(jù)所述局部入流角、升力系數(shù)和阻力系數(shù)計(jì)算風(fēng)機(jī)葉片氣動(dòng)載荷，包括：

7.一種電子終端，其特征在于，包括處理器與所述處理器連接的存儲器，在所述存儲器內(nèi)存儲有計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行如權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述方法的步驟。

8.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種考慮空氣可壓縮性的風(fēng)機(jī)葉片氣動(dòng)載荷計(jì)算方法，包括：構(gòu)建更新軸向誘導(dǎo)因子的推力等式；用推力等式更新軸向誘導(dǎo)因子，同步更新切向誘導(dǎo)因子；并根據(jù)更新后的軸向誘導(dǎo)因子和切向誘導(dǎo)因子獲得相應(yīng)的局部入流角、升力系數(shù)和阻力系數(shù)；進(jìn)而計(jì)算風(fēng)機(jī)葉片氣動(dòng)載荷；其中，推力等式包括：根據(jù)可壓縮空氣密度表達(dá)式、歐拉方程和葉素理論構(gòu)建的第一推力等式和根據(jù)Glauert大推力系數(shù)與誘導(dǎo)因子之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式和葉素理論構(gòu)建的第二推力等式。本發(fā)明構(gòu)建考慮空氣可壓縮性的第一推力等式，結(jié)合現(xiàn)有的第二推力等式，迭代出更準(zhǔn)確的誘導(dǎo)因子和升阻力系數(shù)，使大型風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)載荷計(jì)算精度更高，更符合風(fēng)電機(jī)組大型化發(fā)展的需求。

技術(shù)研發(fā)人員：尹佳敏,沈文忠,孫振業(yè),朱衛(wèi)軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：揚(yáng)州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10