翼型风力机叶片的设计与三维建模论文
轴流风机机翼型叶片参数化建模方法
如何进行轴流风机机翼型叶片参数化建模方法一、引言轴流风机在现代工业中起着至关重要的作用。
它们被广泛应用于空调系统、通风系统、发电厂和飞机引擎等。
轴流风机的性能和效率直接受到其机翼型叶片设计的影响。
对于轴流风机机翼型叶片的参数化建模方法的研究至关重要。
在本文中，将深入探讨轴流风机机翼型叶片参数化建模方法的相关内容，并提出一些个人观点和理解。
二、轴流风机机翼型叶片的重要性1. 减小能耗轴流风机的主要任务是输送空气，因此其能效对于工业生产至关重要。
合理设计的机翼型叶片可以减小能耗，提高风机的效率，从而为工业生产节约能源和成本。
2. 提高稳定性良好设计的机翼型叶片能够提高轴流风机的稳定性和耐用性，降低风机运行时的噪音和振动，从而延长设备的使用寿命。
三、轴流风机机翼型叶片参数化建模方法1. 采用CAD软件进行建模利用CAD软件进行轴流风机机翼型叶片的参数化建模是一种常见的方法。
通过在CAD软件中进行参数化设计，可以方便快捷地进行叶片形状的调整和修改，从而实现机翼型叶片的优化设计。
2. 利用计算流体力学(CFD)进行仿真分析结合计算流体力学(CFD)方法，可以对轴流风机机翼型叶片的流场进行精确模拟和分析，从而优化叶片的形状和结构，提高风机的性能和效率。
3. 基于参数化建模的优化设计通过建立基于参数化建模的优化设计方法，可以对轴流风机机翼型叶片的关键参数进行全面的优化设计，从而实现最佳的风机性能和效率。
四、个人观点和理解在我看来，轴流风机机翼型叶片参数化建模方法的研究对于提高轴流风机的性能和效率至关重要。
通过不断优化设计，可以实现能源的节约和环境的保护。
同时, 研究轴流风机机翼型叶片参数化建模方法也有助于加深对于风机流体力学行为的理解，对于未来的风机设计和改进有着积极的影响。
五、总结和回顾本文深入探讨了轴流风机机翼型叶片参数化建模方法的相关内容，介绍了CAD软件建模、CFD仿真分析和基于参数化建模的优化设计等方法。
机械设计制造及自动化毕业论文-风力机叶片的有限元分析
风力机叶片的有限元分析学生姓名：1111 专业班级：机械设计制造及其自动化2008级10班指导教师：朱仁胜指导单位：机械与汽车工程学院摘要：通过Solidworks软件对3MW风力机叶片进行建模，然后基于ANSYS 和Workbench分别对其进行模态分析和流固耦合分析，其中流固耦合分析中的结构静力分析部分也使用到了ANSYS Mechanical APDL。
其中模态分析结果表示：叶片的振型以摆振和弯曲为主，其一阶模态频率分别为 0.34Hz，能顺利的避开外在激励频率，避免了共振现象的发生。
流固耦合分析对额定风载进行了数值模拟仿真，通过结构静力分析，对叶片的受力，变形情况有了一个基本的了解，其中叶片在额定风载情况下的最大应力为56MPa，远远低于其实测拉伸强度的720MPa。
在11级风载下的应力云图显示其所受的最大应力为83.8MPa，满足其材料的强度要求。
该分析对进一步的疲劳分析和优化设计等提供了参考和依据。
关键词：叶片建模；模态分析；流固耦合分析；结构静力分析1Abstract:Through the Solidworks software build the blade model which power is 3 MW. Then based on the ANSYS and Workbench software,the analysis of modal and fluid-structure interaction.Andthe Static structural analysis is used the ANSYS Mechanical APDL too.The modal analysisresults show that the vibration modes of this blade are presented as Shimmy and bending,Thefirst modes frequency is 0.34Hz.And it can avoid the external excitation frequencywell,Avoid the resonance phenomenon occurs.The analysis of fluid-structure interaction havedo a numerical simulation about Rated wind load,through the Static structural analysis wehave a basic understanding of the stress and deformation about the blade. And the maximumstress of the blade is 56MPa under the rated wind load.Far lower than the Measured tensilestrength of 720MPa.And under the 11 rating wind load.The stress cloud show that maximumstress is 83.8MPa,Meet the strength of the material requirements.This analysis providesa reference and basis for further fatigue analysis and optimization design.Keywords:Blade modeling；Modal analysis；Fluid-structure interaction analysis；Static structural analysis31 概 述风能是地球表面大量空气流动所产生的动能，风能量具有取之不尽、用之不竭、就地可取、不需运输、广泛分布、不污染环境、不破坏生态、周而复始、可以再生等诸多优点。
风力机叶片设计及翼型气动性能分析
风力机叶片设计及翼型气动性能分析风力机叶片是风力发电机的核心部件之一，其设计和翼型选择对风力机的发电效率、噪音和寿命等都有着非常重要的影响。
本文将介绍风力机叶片的设计及翼型气动性能分析。
一、叶片设计原理风力机叶片的设计目的是将大气中的风能转换成旋转能，并将其通过转轴传递给发电机，从而产生电能。
因此，叶片的设计主要围绕以下几点展开：1. 创造足够的扭矩：风力机的转子需要达到一定的转速才能发电，而叶片的弯曲和扭矩对于旋转速度的影响至关重要。
设计中需要选择合适的曲线形状和长度来实现理想的扭矩和转速。
2. 保证叶片的强度和稳定性：因叶片在高速旋转状态下会受到巨大的惯性力和风力力矩的作用，因此其材料和结构要足够坚固和稳定，以避免可能的断裂等事故。
3. 提高叶片的气动效率：叶片的气动效率是指其转化风能的能力，通常可以通过优化翼型、减小阻力、降低风阻等方法来提高。
二、叶片设计步骤1. 选定叶片长度：叶片长度通常是根据风力机的规格和性能要求来确定的，也可以根据标准长度来选择。
2. 选择翼型：翼型是叶片的重要组成部分，其形状和性能决定了叶片的阻力和气动效率。
目前，常用的翼型有NACA0012、NACA4415等，根据实际需求来选择。
3. 确定叶片曲线：叶片的曲线是决定扭矩和转速的关键因素，可以通过实验或模拟方法得到合适的曲线形状。
4. 优化叶片的结构：结构设计主要涉及到叶片的强度和稳定性，通常需要进行材料选择、计算等工作以保证叶片的安全性和寿命。
5. 模拟叶片气动特性：叶片的气动特性可以通过流场模拟、试验等方式来获取，可以根据实际需求来对叶片进行调整以达到理想的效果。
三、翼型气动性能分析翼型气动性能是指翼型在气流中运动时产生的力和力矩，其中，升力和阻力是翼型气动力的主要组成部分。
通过分析翼型气动性能，可以选择最优化的翼型来设计叶片。
1. 升力和阻力翼型的升力和阻力是由翼型形状、气流速度、攻角等因素共同决定的。
实际上，翼型的气动性能曲线通常都是非线性的，其升力和阻力特性会随着攻角的变化而不断变化。
兆瓦级风力机叶片外形设计及其三维建模
计 攻 角和升 力 系数 沿 叶 片展 向 呈 非 线 性 分 布 的 情
况， 对 传 统 Ｗ Ⅲｓ ｏ ｎ设 计 方 法 进 行 修 正 ， 优 化 设 计 叶
片的 气动外 形 。并结 合优 化得 出的叶 片几何 外形 参
数， 运 用点 的 坐标 转 换 理 论 来 计 算 叶 片各 截 面翼 型
ＣＡ Ｔ Ｉ Ａ
片数 为 ３ ； 设 计 尖 速 比 为 ９ ． ５ ； 额 定功率 为 １ ． ５
Ｍ Ｗ 。
中图分 类号 ： Ｔ Ｋ８ １ ； ＴＰ ３ ０ ２ ． ４
文 献标 识码
文 章编 号 ： １ ０ ０ １—２ ２ ５ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７ —０ ０ ７ ５ —０ ３
的 空 间 实 际 坐标 。利 用 Ｃ ＡＴ Ｉ Ａ 软 件 完 成 叶 片 的 三 维建模 。
１ 风 力机 叶 片 气动 外 形优 化 设 计
１ ． １ 风轮 的 基本设 计参 数 风力 机风 轮 的基 本 参 数 ： 风 轮直 径 为 ８ ０ ｍ； 叶
关 键词 ： 风力 机 叶片 ； 气动 外形 优化 ； 三 维建 模 ；
翼型， 叶尖部 翼 型 相 对 厚 度 为 １ ６ ， 叶 片 中部 翼 型
相对 厚 度 为 ２ ５ ， 最 大 弦 长 处 翼 型 相 对 厚 度 为 ４ Ｏ ， 根 部采 用 圆形 。
Ｃ ＡＴ Ｉ Ａ
翼 型 的选 择对 于风 力 机效 率 十 分重 要 ， 翼 型 的
选 取 应尽 量使 升 阻 比趋 于 最 大 ， 从 而提 高 风 力 机 的 效率 ， 而根 部则 采用 相对 厚度 较大 的翼 型 ， 以保 证 大
型 叶片 的结 构 强 度 。设 计 采 用 ＮＡＣ Ａ６ ３系 列 航 空
风力机叶片
风力机叶片的三维建模来源：能源技术2009-4-30风力机叶片三维模型的建立是风力机叶片和叶轮流场分析的重要手段。
风力机的叶片截面形状复杂，特别是在翼展方向还存在扭转角和渐缩的弦长，叶片的实体三维建模困难。
本文将借助于UG和GAMBIT的实体化曲面处理能力，从风力机叶片各个截面翼型的原始二维坐标数据出发，构造出叶片截面翼型的样条曲线，建立了风力机叶片的三维实体模型。
为此先获取叶片各个截面的叶素数据，然后根据各个截面的翼型、弦长、安装角和翼型厚度等数据几何变换得到各个截面在空间实际位置的三维坐标，最后利用建模软件建立三维模型。
1 叶片的几何特征和主要参数水平轴风力机叶片是由一系列翼型（或几种不同的翼型）经一定的角度旋转变换而形成的一个非常不规则的三维曲面，叶片沿翼展方向有不同的厚度和弦长；描述叶片的几何模型最基本的参数包括叶片截面距根部距离、该处截面与翼型有关的厚度和弦长以及安装角，见图1。
本文所采用的截面翼型为NACA634系列的翼型，部分截面的参数见表1。
表1 叶片各个截面参数分布截面号到叶片根部距离/m 弦长/m 安装角/（°）厚度/mm1 0.00 1.690 0.00 1002 1.80 1.690 0.00 1003 2.95 1.808 5.41 794 4.10 2.067 8.84 615 5.25 2.295 10.00 476 6.40 2.390 12.00 39…………………………23 28.35 0.533 0.04 1624 28.60 0.433 0.03 1525 28.80 0.299 0.01 1426 28.90 0.216 0.00 1627 29.00 0.112 0.00 2528 29.10 0.012 0.00 50图1 叶片几何参数示意图（点击图片放大）2 叶片各个截面的空间实际坐标为了确定叶片各个截面空间实际坐标，首先要在叶片的某一截面上建立翼型的原始二维图像，原始二维图像的坐标以前缘为原点、弦线方向为X轴，例如表2为NACA634系列的翼型某个截面的坐标，然后把这些翼型数据进行平移变换，保持弦线方向为X轴，原点移到气动中心。
新型1.5MW风电机组叶片模型的三维建模与强度分析_毕业设计
毕业设计论文新型1.5MW风电机组叶片模型的三维建模与强度分析学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
（宋体小4号）作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
本学位论文属于1、保密□，在_________年解密后适用本授权书。
2、不保密□。
（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：年月日导师签名：年月日目录摘要 (1)前言 (1)1.风力发电简介 (2)1.1风力发电现状 (2)1.2风力发电趋势 (4)1.3风力发电机叶片现状 (4)1.4研究内容 (7)1.5 常用翼型介绍 (7)2.叶片建模 (8)2.1叶片建模方法比较 (8)2.2翼型选择 (9)2.3叶片各截面空间实际坐标的求解 (11)2.4叶片立体图的pro/e建模实现 (12)3.叶片有限元分析 (15)3.1翼型主要设计参数 (15)3.2叶片载荷计算 (16)3.3模型导入ansys进行分析 (19)4.结果分析及优化方向 (24)4.1工况结果分析 (24)4.2优化方向 (30)5.结论与展望 (32)5.1结论 (32)5.2展望 (32)致谢 (32)参考文献 (33)新型1.5MW风电机组叶片模型的三维建模与强度分析摘要：随着环境问题的日益突出，能源供应的渐趋紧张，对可再生能源的开发利用，尤其是对风能的开发利用己受到世界各国的高度重视;本文论述了风力发电的优势及风力发电产业在中国的发展及现状，并结合风机叶片的结构和运行工况进行了以下方面的探讨。
基于Wilson理论的大型风力机叶片三维实体建模
基于Wilson理论的大型风力机叶片三维实体建模针对大型风力机叶片设计复杂、曲面造型困难的问题，选择NACA4415翼型的气动参数，建立翼型原始坐标，得到气动性能最佳的翼型攻角。
以Wilson 理论为基础，结合叶素动量理论得到叶片的外形数据，对风力机叶片进行气动外形设计。
利用MATLAB软件进行叶素弦长和扭转角迭代求解，采用数值拟合的方法对叶素弦长和扭转角进行修正，输出叶素剖面的实际外形参数。
在无法实现传统建模的情况下，提出参数导入的建模方法，对各叶素剖面进行相应的三维空间坐标转换，将计算结果导入Pro/E软件进行叶片的三维实体建模，完成叶片的程序化和參数化建模，大大提高叶片的设计效率和造型精度。
标签：风力机叶片；Wilson理论；气动设计；MATLAB；三维建模21世纪以来，化石燃料的过度燃烧导致了严重的环境污染，风能凭借其清洁、可再生以及蕴藏量丰富等优点越来越受到重视。
目前，各国都在积极研究风能利用技术，其中以风力发电技术最为突出[1]。
风力机叶片的气动外形设计直接决定了风轮的气动性能，从而决定了风力机的风能利用系数。
对风力机的叶片进行气动外形设计，包括决定风轮直径、叶片数、各叶素剖面弦长以及扭转角分布[2]。
文章针对某1.5MW的风力机的设计参数作为原始设计参数，采用Wilson理论对叶片进行气动外形设计，结合叶素动量理论[3-4]得到叶片的外形数据，对风力机叶片进行气动外形设计。
利用MATLAB软件进行叶素弦长和扭转角迭代求解以及处理叶素坐标变换，并采用数值拟合的方法对叶素弦长和扭转角进行修正，输出叶素剖面的实际外形参数。
在无法实现传统建模的情况下，提出参数导入的建模方法，将计算结果导入Pro/E软件进行叶片的三维实体建模，完成叶片的程序化和参数化建模。
1 翼型选择及坐标确定现代风力机叶片设计大多选择已经成熟的翼型，风力机叶片的翼型根据使用情况可分为传统航空翼型和风力机专用翼型[5-6]。
风力机叶片外形参数化建模
玻璃钢研究报告2007 年第 2 期风力机叶片外形参数化建模孙 永 泰(上海玻璃钢研究院，上海 201404)摘要本文通过离散再组装的过程， 实现了叶片外形曲面几何模型的参数化建立， 方便了产品的设 计开发。
在离散和组装的过程中使用到 AutoCAD 和 UG 的强大绘图功能，在坐标变换的过程中 使用到 Matlab 的强大数值处理功能。
关键词：风力机叶片坐标变换翼型Matlab1引 言风力机依靠叶片捕获风能，为达到最佳气动性能，叶片具有复杂的气动外形。
在叶片的设计和制造过程中，进行 CAE 仿真和制作模具都需要叶片外形的几何模型。
叶片外形曲面复杂，但是有律可循，是由翼型族、弦长、扭角、相对厚度、参考轴位置 等参数来确定的。
本文通过坐标变换实现叶片外形几何的参数化建模。
2数据准备2.1 坐标系 本文采用的坐标系，如图 1 所示，X 轴由前缘指向后缘，Y轴由工作面指向气动面。
在 上风向顺时针风力机中，原点位于根端法兰圆心，X 轴为旋转平面与根端法兰平面的交线， 指向后缘，Y 轴在根端法兰平面内指向塔架，X、Y与 Z 轴组成笛卡尔右手坐标系。
2图 1 本文采用的坐标系2.2 翼型 不同站位的翼型选择是风力及叶片气动外形设计时首先要解决的关键问题。
设计叶片 时，要根据风力机叶片空气动力特性、结构特性和空间利用等方面的综合因素来选择翼型， 并沿站位方向（展向）进行合理配置。
所以在不同站位处的翼型不一样 [2] 。
一般需要为每种 叶片准备约 10 个不同相对厚度的翼型。
一个翼型族具有数个（一般为三五个）不同厚度的翼型。
但是对于这里的准备工作可能 不够多，要对已有的翼型修型得到足够多的（10 个）翼型。
修型一般采用厚度修型和弯度 修型方法。
另外需要对部分翼型进行后缘加厚处理 [2]。
本文要通过翼型的坐标变换来获得叶片曲面，首先的准备工作是将前述 10 个翼型都离 散成若干个坐标点。
以 S821 翼型为例[1]，在 AutoCAD 中以样条曲线绘出翼型后，使用菜单->绘图->点->定数等分，将上面(气动面)分为 499 份，下面(工作面)分为 500 份。
风力机叶片设计及模态分析
Based on the aerodynamics of wind turbine, some parameters such as the rated power, the rated wind speed and the wind energy utilization coefficient can be calculated, and other parameters such as the diameter of the blade can be calculated. For some gas blade aerodynamic parameters, such as length, torsion angle and other parameters to calculate the used design method. In this paper, the aerodynamic shape parameters are calculated by using the simplified method, the Glauert design method and the Wilson design method. Get the airfoil chord and twist angle, and carries on the comparison. After analysis the results of Wilson is simplified design method and Glauert design method is more accurate.2.Aerodynamic characteristics analysis of blade airfoilGambit software was used to establish the calculation model of the blade airfoil, and the Fluent software was used to calculate the grid division and boundary type. Finally, the surface pressure coefficient distribution, pressure contour and velocity contour of the airfoil at different angles of attack are obtained by using the NACA4412 at certain Reynolds number and rated wind speed.3.Blade 3D modeling and modal analysisBefore the three - dimensional modeling of the blade and need to use special airfoil design software Profili selected wind turbine blade airfoilcalculation of the blade element chord length and twist angle to select the blade element, it is possible to obtain a two-dimensional coordinates of each airfoil, although after coordinate transformation based on point can be calculated each blade element section of three-dimensional coordinates. Finally, the 3D solid modeling of the blade is made by using SolidWorks.According to the 3D solid model of wind turbine blade, the blade can be analyzed. The import ANSYS Workbench blade completed three-dimensional model, finite element mesh, then the constraint conditions of the blade set. After solving the obtained modal graph leaves, extract the first six order modal analysis of blade. Draws the conclusion, i.e. blade mode shapes are mainly three: wave vibration, swing and torsional vibration; blade vibration energy is mainly concentrated in the first order and second order vibration mode and vibration is mainly to wave vibration; blade modal shape of the higher order, larger amplitude, the vibration performance of the more complex. Finally, through the frequency analysis, and obtains the resonance will not occur in the running process of the 1MW wind turbine.Key words:Wind turbine，Blade design，Aerodynamic characteristic，Modal analysis摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................... I II 第1章引言 . (1)1.1 风力发电的发展现状 (1)1.1.1 国外风力发电的发展现状 (1)1.1.2 国内风力发电的发展状况 (3)1.2 风力机叶片的研究现状 (4)1.3 本文研究的内容 (6)第2章风力机叶片的特征参数和基本理论 (8)2.1 风力机的类型与结构组成 (8)2.2 风力机叶片的特征参数 (9)2.2.1 风能的主要特征参数 (9)2.2.2 风力机叶片的相关参数 (10)2.3 风力机叶片空气动力学基本理论 (15)2.3.1 贝茨理论 (15)2.3.2 涡流理论 (17)2.3.3 叶素理论 (18)2.3.4 动量理论 (19)2.3.5 叶素动量理论 (20)2.4 本章小结 (20)第3章风力机叶片设计 (21)3.1 叶片气动性能设计计算的基本方法 (21)3.1.1 简化设计法 (21)3.1.2 Glauert设计法 (21)3.1.3 Wilson设计法 (22)3.2 风力机特征参数的计算 (23)3.3 叶片的气动外形设计 (25)3.3.1 设计计算的步骤 (25)3.3.3 计算结果及修正 (28)3.4 本章小结 (32)第4章叶片翼型气动特性分析 (34)4.1 Gambit和Fluent简介 (34)4.2 翼型气动特性数值分析 (35)4.2.1 翼型计算模型的建立 (35)4.2.2 网格划分 (35)4.2.3 定义边界类型 (36)4.2.4 模拟结果及分析 (37)4.3 本章小结 (40)第5章叶片的三维建模与模态分析 (41)5.1 风力机叶片的三维建模 (41)5.2 风力机叶片模态分析 (43)5.2.1 叶片模态分析理论 (44)5.2.2 叶片有限元模型的建立 (45)5.2.3 叶片模态分析 (45)5.2.4 叶片模态分析结果 (49)5.3 本章小结 (51)第6章总结与展望 (52)6.1 总结 (52)6.2 展望 (52)参考文献 (54)攻读硕士学位期间发表的论文 (58)致谢 (59)第1章引言能源问题一直是每个国家时刻关注的问题。
风力机叶片设计与建模
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叶片各叶素分布图
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收稿日期： "&&6 年 8 月
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机械制造 !" 卷 第 #$# 期
专题报导
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风力机组叶片的先进翼型族设计
风力机组叶片的先进翼型族设计黎作武;陈江;陈宝;陈大斌【摘要】大型风力机组叶片设计需要专用的翼型族,以满足风力机组运行的环境要求.高升阻比、低粗糙度影响是该翼型族的气动性能特点.为了发展我国具有自主知识产权的风力机专用翼型族,在科技部863项目的支持下,北京航空航天大学联合国内气动研究单位,通过理论分析、数值模拟和风洞试验等技术途径,开发了两个适用于大型风力机组叶片的先进翼型族.理论分析和风洞试验表明,设计结果基本达到了预先设定的气动性能指标.%Due to the tough condition in which the wind turbine is running, the airfoils used to design blade need to be specially designed. We should pay more attention to the aerodynamic properties as high lift, low drag and insensitive to surface roughness. Soupported under the "863" project (2007AA05Z449), two airfoil families have been designed specially for large-scale wind turbine blades through analysis, numerical simulation and wind tunnel test in BeiHang University. Experimental results show the design is successful.【期刊名称】《空气动力学学报》【年(卷),期】2012(030)001【总页数】7页(P130-136)【关键词】风力机翼型;翼型设计;升阻比;粗糙度;风洞实验【作者】黎作武;陈江;陈宝;陈大斌【作者单位】中国空气动力研究与发展中心,四川绵阳621000;北京航空航天大学仿真中心,北京100096;中国航空工业空气动力研究院,黑龙江哈尔滨100034;航天空气动力技术研究院,北京100074【正文语种】中文【中图分类】TK890 引言风电叶片是风电机组的核心部件，约占整个机组成本的20%，其自主设计的技术难度较大。
基于Solidworks风力机叶片三维建模及模拟分析
基于Solidworks风力机叶片三维建模及模拟分析基于 Solidworks 风力机叶片三维建模及模拟分析#张仁亮，张俊彦，孙勤**10 15 20（湘潭大学土木工程与力学学院，湖南湘潭 411105）摘要：风机叶片是风力发电机组的重要组成部分，对其进行研究分析是十分重要的。
选取不同的翼型，利用 Glauert 漩涡理论的气动力学计算方法，获取叶片最优化几何参数。
通过Solidworks 软件强大的三维建模功能，快速、准确的实现不同翼型叶片的三维造型；并通过 SolidWorks 软件中的 Flow Simulation 模块，对不同翼型的叶片进行模拟并分析比较其结果。
关键词：翼型；弦长；安装角；流动模拟分析中图分类号：TH122Wind Turbine Blade 3-D Modeling and Simulation AnalysisBased on SolidworksZhang Renliang, Zhang Junyan, Sun QinCollege of Civil Engineering and Mechanics Xiangtan University, HuNan XiangTan 411105Abstract: The fan blade is an import components of wind energy power generation,it is vitalimportant to studying and analyzing the blade.Choosing different airfoil and obtaining the bladeoptimization geometric parameters through using air dynamicscalculation method;Differentairfoil blades are accurately modeled with 3-D software of Solidworks. Flow simulation analysisis finished on the software of Solidworks Flow Simulation and discussing the results of theanalysis.Keywords: blade airfoil; chord length; setting angle; flow simulation analysis250 引言当今，随着社会经济的发展和人民生活水平的日益提升，对于能源的消耗也在与日俱增。
风力发电机叶片设计分析
风力发电机叶片设计分析摘要：风能作为一种相对成熟和开发友好的清洁能源，需要高度重视风能利用方式和发电技术。
风能利用的核心是风力涡轮机。
最常用的类型是水平轴风力发电机。
叶片是风力发电机组的主要部件，直接影响风能利用效率。
因此，优化风机叶片的设计具有现实意义。
作者主要分析了风力发电机的叶片设计优化措施。
关键词：风力发电机；叶片设计；优化措施引言；受技术水平和制造技术水平的影响，中国风电设备制造仍未实现国产化，关键部件仍需从国外进口，导致设备成本高。
因此，有必要实现风力发电设备国产化，提高我国风力发电的水平。
在文章中，笔者以叶片设计为研究对象，阐述了具体的优化措施，提高了风力发电的效率。
1 风力发电机概述风力涡轮机的组成相对复杂，主要包括发动机，风力涡轮机，发电机和控制设备。
主要功能是将风能转换为机械能或电能。
风轮是风力发电机的主要部件。
风轮在风的作用下快速转动，实现能量转换。
实际上，根据风轮结构和风轮在气流中的位置，风轮分为水平轴和垂直轴两种类型。
当水平轴风力发电机风轮正常工作时，水平轴绕水平轴连续旋转，风向与旋转平面相互垂直。
叶片径向安装在风轮上并垂直于旋转轴，叶片和旋转平面确保一定的夹角。
本文主要侧重于水平轴风力发电机并讨论相关主题。
2风力发电机叶片设计参数风轮是风力发电机中的重要组成部分，风力发电机利用风轮将风能转化为机械能，因此判断一个风力发电机性能优良的关键就是风轮叶片。
2.1 风况参数在设计风力涡轮机叶片时，首先要考虑的是风切变情况。
风切变是指由于高度不同而造成同一地点风速的垂直变化。
风速随高度而增加，具体函数变化规律如下：其中，Vn为高度Zn处的风速，Vi代表Zi高处的风速。
通过计算上述公式可以获得固定高度的风速。
例如，距离地面1m处的风速为3m / s，4m / s和6m / s时，30m高度处的风速为6m / s，8m / s，12m / s 。
此外，还必须考虑年平均风速，风速的概率密度函数等风力参数。
风力机桨叶的三维建模与动力学特性有限元计算
风力机桨叶的三维建模与动力学特性有限元计算摘要风力发电的快速发展带动了风力发电技术的不断发展和改进。
其中，风力机桨叶作为核心部件之一，其设计和优化将直接影响风力发电机组的性能。
本文采用有限元建模软件，对风力机桨叶的三维建模进行了研究，并对其动力学特性进行了计算分析。
研究结果表明，该测算方法对提高风力发电机组设计效率、降低产品开发成本具有积极的意义。
关键词：风力机桨叶；有限元建模；动力学特性；计算分析一、引言近年来，风力发电已成为可再生能源领域的极具前景的一项领域，全球各国纷纷推进了风力发电的研究、开发和生产。
其中，风力机桨叶是风力发电机组的核心部件之一，其设计和优化将直接影响风力发电机组的性能。
桨叶的设计不仅仅是单纯的长度和宽度问题，更注重的是提高发电机组的产能和稳定性、降低噪声和震动等方面问题。
传统的桨叶的设计方法多基于经验，设计人员不得不通过一次又一次的试验，寻找最优解，该方法不仅浪费时间和资源，而且效果受到很大限制和不确定性。
而现代化的桨叶设计方法采用了计算机模拟的方法，将复杂的模型化简成简单的三维模型，采用有限元计算求解出桨叶受力和振动等特性，从而实现结构件的设计和优化。
本文主要研究风力机桨叶的三维建模及其动力学特性的有限元计算分析。
研究结果表明，有限元建模方法能够有效提高风力发电机组的设计效率，降低设计成本。
二、风力机桨叶三维建模1、建模方法将风力机桨叶建模成简单的三维模型，可以大大降低有限元计算的计算量。
本文采用“曲线、旋转、抽象、布尔和拷贝”等3D建模的五大基本方法进行桨叶的建模。
2、参数设置为了便于计算和优化，设置某些与叶片设计有关的参数，如厚度、长度、宽度、扭矩等。
3、建模步骤将参数性质的曲线拟合建模，然后将三维模型按照一定的比例进行放缩。
最后，建立剖面样本，并将其旋转一定角度，形成实际的桨叶的形状。
图1 桨叶三维建模过程三、动力学特性有限元计算分析1、建立初始模型根据3D建模得到的桨叶模型，将其转化为CAD图形，并划分成若干个三角形单元。
基于UG的风力机叶片三维建模
224基于UG的风力机叶片三维建模陈容满 王 茶 蔡泽昱 罗永新 周文平（六盘水师范学院物理与电气工程学院，贵州 六盘水 553000）摘 要：叶片是风力机中最基础和最关键的部件，会对风力机性能产生重要的影响。
本文从叶片各个截面的翼型出发，采用UG软件对WindPACT1.5MW风力机的叶片进行三维建模。
关键词：风力机；叶片；翼型；UG；三维建模风力机是以自然风为动力的原动机，其外部结构主要由叶片、轮毂、机舱和塔架组成。
风力机叶片的结构对空气绕流场及气动载荷具有较大的影响[1]。
在风力机气动性能及结构载荷分析过程中，叶片的三维建模是最基础的环节。
但是，叶片的截面形状复杂,特别是在翼展方向还存在扭转角和渐变的弦长，因此三维建模比较困难。
本文将借助UG软件的实体化曲面处理能力，从叶片各个截面翼型的原始二维坐标数据出发，构造出叶片截面翼型的样条曲线,然后建立风力机叶片的三维实体模型。
本文的三维建模方法具有高效和准确的特点，能够为后续风力机气动性能及结构载荷分析提供基础和指导。
一、1.5MW风力机叶片主要参数本文对WindPACT 1.5 MW风力机进行三维建模。
该风力机为美国国家可再生能源实验室（NREL）设计的参考风力机，转子半径为35m。
该风力机不同截面高度的扭转角、弦长、翼型等参数如表1[2]。
表1 叶片翼型参数表Distributed Blade Aerodynamic Properties for the WindPACT 1.5-MW ModelNode (-)RNodes(m)AeroTwst(°)DRNodes(m)Chord(m)Airfoil(-)1 2.8583311.10 2.21667 1.949Cylinder.dat2 5.0750011.10 2.21667 2.269S818_2703.dat 37.2916711.10 2.21667 2.589S818_2703.dat 49.5083310.41 2.21667 2.743S818_2703.dat 511.725008.38 2.21667 2.578S818_2703.dat 613.94167 6.35 2.21667 2.412S818_2703.dat 716.15833 4.33 2.21667 2.247S818_2703.dat 818.37500 2.85 2.21667 2.082S828_2103.dat 920.59167 2.22 2.21667 1.916S828_2103.dat 1022.80833 1.58 2.21667 1.751S828_2103.dat 1125.025000.95 2.21667 1.585S828_2103.dat 1227.241670.53 2.21667 1.427S825_2103.dat 1329.458330.38 2.21667 1.278S825_2103.dat 1431.675000.23 2.21667 1.129S826_1603.dat 1533.891670.08 2.216670.980S826_1603.dat二、叶片参数的处理该风力机采用的翼型有三种，分别为S818，S825，S826，如图1所示。
复合新翼型风力机叶片的气动设计及建模
（ ｈｎ ｎｖ ｒ ｔ ｏ ｎｎ ｎ ｅｈ ｏｏｙＹ ｎｈ ａ ｏｌ ｅＹ ｎ ｈ ａ ５ ０ ， ｈｎ ） ｉａＵ ｉ ｓ ｙ ｆ ｉｇａ ｄＴ ｃ ｎ ｌｇ ｉｃ ｕ ｎＣ ｌ ｇ ， ｉｃ ｕ ｎ７ ０ Ｃ ｉａ ＂ Ｃ ｅ ｉ Ｍｉ ｅ １ １
（ ｉ ｉ ｇＰｏｔｃｎｃｌ ｏ ｅ ｅＵ ３ ｎ ａ ｌ ｅｈ ｉａ Ｃ ｌ ｇ ， ｍｍｑ ８ ０ ９ ，ｈｎ ） Ｘ ｊｎ ｙ ｌ ｉ ３ ０ Ｃ ｉａ １
及 载荷等 问题 的进 一 步分 析提 供 了技 术基础 。 关键词 ： 小型风 力机 ； 叶片设计 ； 复合新翼型
【 ｂｔ ｃ】 ｎａｒ ￣ ｍｃ ｓ －ｒｂ ｄｓｉ ｄｖｌ ｅ ｙａｐｙ ｇＷｉｏ ｅ ｏ ，ａ ｄｏ Ａ ｓ ａｔ Ａ ｏ ｎ ｉ ｒ ｅ ￣ ａ 咖 厂 ｌ ｅ ｓ ｅｅ ｐｄ ｂ ｐ ｌｎ ｌ ｎｍ ｔ ｄｂｓ ｎ ０ ａ ｏ ｉ ｓ ｈ ｅ
机 械 设 计 与 制 造
Ｍ ａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉｅｙ ｓｇ 文 章 编 号 ：０ １． ９ （０ ２ ０ — ０ ０－３ １０ 一 ９ ７ ２ １ ）３０ ９ 一 ３ ０ ＆ Ｍ ａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆｃｕｅ
第３பைடு நூலகம்期
２１ ０ ２年 ３月
复合新翼型风 力机 叶片的气动设计及建模 半
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甘肃机电职业技术学院现代装备制造工程系毕业论文翼型风力机叶片的设计与三维建模姓名：王成寿学号： 142000848班级：G142701年级：2014级指导老师：杨欣风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。
其蕴量巨大，全球的风能约为 2.74×10^9M W，其中可利用的风能为2×10^7M W，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。
风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风来发电。
把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。
风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。
依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。
风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。
本课题研究水平轴风力发电机的叶片设计、实体建模。
主要任务如下：1.编制叶素轴向、周向速度诱导因子、最佳弦长及扭角的计算的界面程序；2.根据程序计算并绘制风力机叶片弦长随叶片展向长度的变化曲线；3.根据程序计算并绘制风力机叶片扭角随叶片展向长度的变化曲线；4.将所设计的叶片的三维模型的进行实体建模。
关键词：风力发电，风力机叶片，三维建模摘要 (1)1、综述 (1)1.1、风力机简介 (1)1.2、风力机简史 (1)1.3、风力机的特点 (2)1.4、风力机的基本原理 (2)1.5、风力机的构成和分类 (3)1.6、风力机存在的问题 (3)1.7、本课题的背景目的及主要工作 (4)2、风力机设计理论 (6)2.1、翼型基本知识 (6)2.2、叶片设计的空气动力学理论 (7)2.2.1、贝茨理论 (7)2.1.2、叶素理论 (8)2.1.3、动量理论 (9)2.3、风力机的特性系数 (10)2.3.1、风能利用系数C p (10)2.3.2、叶尖速比λ (10)2.4、翼型介绍 (11)2.4.1、翼型的发展概述 (11)2.4.2、N A C A翼型简介 (11)3、风力机叶片的设计 (13)3.1、风力机叶片的外形设计 (13)3.1.1、叶片设计的总体参数 (13)3.1.2、确定风轮直径D (13)3.1.3、翼型弦长计算 (14)3.1.4、叶片重要参数的选取 (14)3.2、叶片优化设计的计算程序编制 (16)3.3、V B编程计算翼型参数 (16)3.3.1、风力机设计参数 (16)3.3.2、需要计算的参数 (16)3.3.3、V B程序界面 (17)3.3.4、运行结果 (17)4、利用S o l i d w o r k s三维建模 (19)4.1、N A C A4412翼型相关数据 (19)4.2、模型展示 (20)5、总结 (25)参考文献 (26)致谢 (27)1、综述1.1、风力机简介风力机，将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。
广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。
许多世纪以来，它同水力机械一样，作为动力源替代人力、畜力，对生产力的发展发挥过重要作用。
近代机电动力的广泛应用以及20世纪50年代中东油田的发现，使风力机的发展缓慢下来。
70年代初期，由于“石油危机”，出现了能源紧张的问题，人们认识到常规矿物能源供应的不稳定性和有限性，于是寻求清洁的可再生能源遂成为现代世界的一个重要课题。
风能作为可再生的、无污染的自然能源又重新引起了人们重视。
1.2、风力机简史风车最早出现在波斯，起初是立轴翼板式风车，后又发明了水平轴风车。
风车传入欧洲后，15世纪在欧洲已得到广泛应用。
荷兰、比利时等国为排水建造了功率达66千瓦（90马力）以上的风车。
18世纪末期以来，随着工业技术的发展，风车的结构和性能都有了很大提高，已能采用手控和机械式自控机构改变叶片桨距来调节风轮转速。
风力机用于发电的设想始于1890年丹麦的一项风力发电计划。
到1918年，丹麦已拥有风力发电机120台，额定功率为5～25千瓦不等。
第一次世界大战后，制造飞机螺旋桨的先进技术和近代气体动力学理论为风轮叶片的设计创造了条件，于是出现了现代高速风力机。
1931年，苏联采用螺旋桨式叶片建造了一台大型风力发电机，风速为13.5米/秒时,输出功率达100千瓦,风能利用系数提高到0.32。
在第二次世界大战前后，由于能源需求量大，欧洲一些国家和美国相继建造了一批大型风力发电机。
1941年，美国建造了一台双叶片、风轮直径达53.3米的风力发电机，当风速为13.4米/秒时输出功率达1250千瓦。
英国在50年代建造了三台功率为100千瓦的风力发电机。
其中一台结构颇为独特，它由一个26米高的空心塔和一个直径24.4米的翼尖开孔的风轮组成。
风轮转动时造成的压力差迫使空气从塔底部的通气孔进入塔内，穿过塔中的空气涡轮再从翼尖通气孔溢出。
法国在50年代末到60年代中期相继建造了三台功率分别为1000千瓦和800千瓦的大型风力发电机。
现代的风力机具有增强的抗风暴能力，风轮叶片广泛采用轻质材料，运用近代航空气体动力学成就，使风能利用系数提高到0.45左右，用微处理机控制，使风力机保持在最佳运行状态，发展了风力机阵列系统，风轮结构形式多样化。
法国人在20年代发明的垂直轴风轮在淹没了半个多世纪之后，已成为最有希望的风力机型之一。
这种结构有多种形式，它具有运转速度高、效率高和传动机构简单等优点，但需用辅助装置起动。
人们还提出了许多新的设想，如旋涡集能式风力机，据估计这种系统的单机功率将100～1000倍于常规风力机。
中国利用风车的历史至少不晚于13世纪中叶，曾建造了各种形式的简易风车碾米磨面、提水灌溉和制盐。
直到20世纪50年代仍可见到“走马灯”式风车。
1.3、风力机的特点新一代风力机的特点是：①增强抗风暴能力；②风轮叶片广泛采用轻质材料,如玻璃纤维复合材料等；③运用近代航空气体动力学成就使风能利用系数提高到0.45左右；④用微处理机控制，使风力机保持在最佳运行状态；⑤发展风力机阵列系统；⑥风轮结构形式多样化。
1.4、风力机的基本原理太阳对大气层的不均匀照射和地球表面吸热能力的不同，在大气层中引起冷热空气的强烈对流而形成风。
风的动能与风速的3次方成正比。
用v表示空气速度，用ρ表示质量密度，则单位时间内流过风轮扫掠面积 A 的空气质量(m)为ρAv，于是空气动能便是。
由于气体的可压缩性，气体质点穿过风轮扫掠面──能量转换界面时,风速由v1降为v2，即v1＞v2。
因自然风速v1只能有一部分被利用，若以风能利用系数Cρ表示利用程度，则可利用风能为，其中Cρ＜1。
根据气体动量理论推导出风能利用系数的最大可能值为或0.593，因此风轮输出功率与风轮的工作面积成正比。
Cρ取决于风轮和叶片的结构和工艺。
旧式风车Cρ≈0.10，现代风力机Cρ＝0.3～0.4，最高可达0.5。
另外，现代风力机在能量传输过程中大约还要损失1/3理论上应输出的功，则有效输出功为：或，式中D为风轮直径。
1.5、风力机的构成和分类风力机的主要部件是风能接收装置。
一般说来，凡在气流中产生不对称力的物理构形都能成为风能接收装置，它以旋转、平移或摆动运动而发出机械功。
各类风能接收装置的取舍取决于使用寿命和成本的综合效益。
风力机大都按风能接收装置的结构形式和空间布置来分类，一般分为水平轴结构和垂直轴结构两类。
以风轮作为风能接收装置的常规风力机，按风轮转轴相对于气流方向的布置分为水平轴风轮式（转轴平行于气流方向）、侧风水平轴风轮式（转轴平行于地面、垂直于气流方向）和垂直轴风轮式（转轴同时垂直于地面和气流方向）。
广义风力机还包括那些利用风力产生平移运动的装置，如风帆船和中国古代的加帆手推车等。
无论何种类型的风力机，都是由风能接收装置、控制机构、传动和支承部件等组成的。
近代风力机还包括发电、蓄能等配套系统。
1.6、风力机存在的问题世界上已有数万台风力机在运行，作为辅助能源正在发挥作用。
但风力机仍存在若干不足之处：①能量输出不稳定，特别是大型风力机的利用率低，作为独立能源的条件还不具备；②安全可靠性尚无充分保障；③成本在短期内尚不足以与矿物燃料相竞争。
但是，随着人类对能源需求量的日益增多和科学技术的发展，上述问题终会得到解决。
1.7、本课题的背景目的及主要工作我国可开发利用的风能资源为2．53亿k W，新疆、内蒙至东北和东南沿海两大主风带有有效风力时间百分率在70％以上。
可以说，我国开发风能具有良好的自然环境和资源条件。
近几年来，随着我国电网覆盖程度的提高，在各级政府、电力部门和国外政府及金融组织的援助下，我国在新疆、内蒙、广东、福建、辽宁等地区建立了20座风力发电场，总装机容量达302M W，对缓解当地电力供应矛盾，提高供电质量起到了很好的作用。
风力发电场的建设，加速了我国能源结构改革的进程，风能己成为真正的补充能源和发挥规模效益的生力军。
我国风力发电起步较晚，但发展较快。
自80年末引进大型风力发电机以来，经过十多年的不断引进、消化、吸收，积累了一定的经验。
我国并网型风力发电技术在80年代中期开始进行试验、示范，经过二十多年的努力，为今后进行国产化风力发电机组的规模化生产打下了一定的基础，同时也为推动国家风电产业化进程做出了努力。
但遗憾的是，作为世界上的风能大国，我国尚不具备独立开发风力机尤其是大型风力机的能力，迄今为止国内已投入运行的风力机绝大部分是进口风力机。
设计水平是主要制约因素，与此相关的基础研究、实验研究和新技术应用等方面与国外存在着较大的差距，有些领域国内甚至是空白。
尤其是目前主流的大型风力机，我国基本上是依靠从国外引进生产技术来仿制。
这不但受到成本、运输、售前售后等方面的制约，还要消耗大量的资金，而且将使我国对风力机组的研制水平日益落后于国际先进水平，从根本上来说不利于我国风电产业的发展。
更何况从国外引进的风机由于在设计时针对国外的风况和有一些特殊的环保要求，并不能和国内的情况非常吻合，不能很好地达到预期的性能。
因此，必须以提高我国风力机的设计和研究水平为目标来实现“国产化"。
2、风力机设计理论2.1、翼型基本知识翼型几何参数如图所示在风轮半径:处取一宽度为d r的叶素，翼型的气动性能直接与翼型外形有关。
通常，翼型外形由下列几何参数确定: (l)翼的前缘:翼的前头 A 为一圆头;(2)翼的后缘:翼的尾部B为尖型;(3)翼弦:翼的前缘左与后缘B的连线称翼的弦，左B的长是翼的弦长已(4)翼的上表面:翼弦上面的弧面;(5)翼的下表面:翼弦下面的弧面;(6)翼的最大厚度h:翼上表面与下表面相对应的最大距离;(7)叶片安装角e:风轮旋转平面与翼弦所成的角;(8)迎角(攻角)a:翼弦与相对风速所成的角度;(9)入流角功:旋转平面与相对风速所成的角。