选题背景及意义能源是经济发展的命脉,能源问题作为关系到世界经济发展和人们生存环境重大问题正日益受到世界各国的广泛关注。随着世界经济的迅猛发展,各行各业对能源的需求也与日俱增。迅速膨胀的人类社会,正以自人类产生以来从未有过的空前速度,大量消耗着地球上亿万年前形成的极为有限的化石煤,石油,天然气。对这些不可再生资源的掠夺性开采和过度利用,已经在全球范围内造成了严重的环境污染和生态环境恶化等问题。一切有远见的人们都开始考虑如何不以牺牲后代生存环境、经济资源为代价来发展我们的社会,也即可持续发展的战略问题。在能源领域,开发利用新的可再生的清洁能源(即新能源,主要有风能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能等)就是该战略其中之一。作为一种重要的可再生能源,风能的开发和利用在新能源研究中一直被广泛关注。风能是近期内最具大规模开发利用价值的可再生能源,对环境保护和社会可持续发展有重要意义,每年以30%以上的速度增长。目前在部分发达国家,风能作为一种高效清洁的新能源已经受到重视。美国、丹麦、德国等国家的大型风电场建立较早,并已取得明显的经济效益。就我国而言,一方面,能源分布不均衡在我国较为突出,北煤南运,西气东输工程正是这一特点的集中表现;另一方面，我国人口众多、能源消耗量大,着眼于未来,我国已经制定了坚持可持续性发展的战略方针。中国政府也向全世界庄严地承诺21世纪走可持续发展的道路,并研究、制定和开始执行可持续发展的战略。因此,对风能等可再生能源的研究和利用具有重要的现实意义。风力发电量在世界总电量中所占的比例已超过1%。68729

叶片结构设计是风力发电机设计工作的一项重要环节,特别是对于大中型风力发电机其意义更为重大"风力发电机经常运行于海边或偏僻的山顶野外,环境严酷"在我国某些地区运行的风力发电机组要承受更恶劣的环境条件,如东南沿海地区经常发生台风,中国北方冬季的低温等等"目前我国运行的风力发电机依然主要从国外进口,这些风力发电机不完全适应于我国的气候条件,以至于风电设备损坏和故障时有发生,这就要求我们必须对风力发电机叶片进行结构分析,找出其最易损坏的部位,为设计提供一种依据,从而不断改进叶片适应不同环境的能力因此,本课题的研究将对国产化风力发电机组自主设计开发工作起到一定作用。

叶轮是风力发电机吸收风能的关键部件，它直接决定风力发电机的重要性能指标—风能利用系数。而叶轮的关键是叶片，叶片的形状及其气动性能的好坏将直接影响到风力发电机转换风能的效率，因此，随着风力发电技术的发展，叶片设计技术也有了很大的发展，已经综合利用了空气动力学、新材料、数值模拟、计算机等方面的科技。

2叶片结构设计的研究现状和发展前景

20世纪，世界各国已经研制出许多小型风力发电机可以供居民生活用电；但是在现今社会，要想实现并网发电，必须要依靠中大型风力机，其功率为几十、上百千瓦直到兆瓦，尤其是兆瓦级风力机更是大型电厂并网发电所急需的。早在20世纪70年代，美国和欧洲就开始研究兆瓦级风力发电机组，如美国MOD-5B风力发电机组，风轮直径97.54m，在13.4m/s风速下输出功率3.2MW，由于当时技术的原因，兆瓦级风力发电机未能商品化生产。到了二十世纪80年代，欧洲又开始投入兆瓦级风力发电机组的开发，丹麦、英国等国的风力发电机组正式投入商业运营。到了二十世纪90年代，兆瓦级风力发电机组得到了进一步的发展，荷兰、德国、丹麦、瑞典、意大利、英国都先后研制成功1～4MW的风力发电机组。