风轮叶片设计
风力发电与风轮机优化设计
三、未来展望
随着科技的不断发展，未来的风轮机优化设计将更加注重智能化、自动化的 设计方法。例如，利用人工智能和机器学习技术对风轮机进行优化设计已经成为 当前的研究热点。此外，随着数字化和智能制造技术的发展，未来的风轮机制造 将更加高效和精准。例如，采用增材制造技术可以显著缩短制造周期，提高生产 效率。
参考内容
随着全球对可再生能源需求的日益增长，风能作为一种重要的清洁能源，其 开发与利用越来越受到人们的。水平轴风力发电机组作为风能利用的主要形式， 其性能的优劣直接影响到风能的转换效率和发电成本。而风轮叶片作为水平轴风 力发电机组的核心部件，其设计优化对于提高机组性能具有至关重要的意义。
一、水平轴风力发电机组概述
参考内容二
随着全球能源结构的转变，可再生能源在能源供应中的地位日益重要。风力 发电作为一种清洁、可再生的能源，在全球范围内得到了广泛的应用。然而，风 力发电的功率输出受到多种因素的影响，如风速、风向、温度等，这些因素的变 化使得风力发电的功率输出具有很大的不确定性。因此，如何提高风力发电系统 的功率预测精度，优化功率预测策略，对于提高风力发电系统的运行效率、降低 运行成本、提高电力系统的稳定性具有重要意义。
3、控制策略优化：风轮机的控制策略对其性能有着重要影响。通过对控制 策略进行优化，可以实现风轮机的自适应调节，以适应不同的风速和风向条件。 例如，采用先进的控制算法，可以实现风轮机的最优控制，提高其发电效率。
4、可靠性提升：在优化设计的过程中，还需要考虑提高风轮机的可靠性。 通过对风轮机的结构和控制系统进行可靠性分析，可以找出潜在的问题和风险， 并采取相应的措施进行改进和预防。例如，采用冗余设计和故障诊断技术，可以 显著提高风轮机的可靠性。
4、实时监测与调整
风力发电机组风轮叶片标准
风力发电机组风轮叶片标准1 概述“风力发电机组风轮叶片”标准是适用于并网型风力发电机组风轮叶片的标准，规定了其风轮叶片通用技术条件。
2 依据所摘要的“风力发电机组风轮叶片”标准是中华人民共和国机械工业局于2000-04-24批准的，自2000-10-01实施。
主要起草人：田野、石海增、鲁金华、田卫国、陈余岳。
3设计要求3.1.1总则叶片气动设计是整个机组设计的基础，为了使风力发电机组获得最大的气动效率，建议所设计的叶片在弦长和扭角分布上采用曲线变化；设计方法可采用GB/T13981-1992《风力机设计通用要求》中给定的方法。
可采用专门为风力发电机组设计的低速翼型。
3.1.2 额定设计风速叶片的额定设计风速按A中表A1 中规定的等级进行选取。
3.1.3 风能利用系数Cp为了提高机组的输出能力，降低机组的成本，风能利用系数Cp应大于等于0.44。
3.1.4 外形尺寸叶片气动设计应提供叶片的弦长、扭角和厚度沿叶片径向的分布以及所用翼型的外形数据。
3.1.5气动载荷根据气动设计结果，考虑有关适用标准给定的载荷情况，计算作用在叶片上的气动载荷。
3.1.6 使用范围叶片的气动设计应明确规定叶片的适用功率范围。
无论是定桨距叶片还是变桨距叶片，都要求其运行风速范围尽可能宽。
对于变桨距叶片，要给出叶片的变距范围。
3.2结构设计3.2.1总则叶片结构设计应根据3.1.5 中的载荷，并考虑机组实际运行环境因素的影响，使叶片具有足够的强度和刚度。
保证叶片在规定的使用环境条件下，在其使用寿命期内不发生损坏。
另外，要求叶片的重量尽可能轻，并考虑叶片间相互平衡措施。
叶片强度通常由静强度分析和疲劳分析来验证。
受压部件应校验稳定性。
强度分析应在足够多的截面上进行，被验证的横截面的数目取决于叶片类型和尺寸，至少应分析四个截面。
在几何形状和（或）材料不连续的位置应研究附加的横截面。
强度分析既可用应变验证又可用应力验证，对于后者，应额外校验最大载荷点处的应变，以证实没有超过破坏极限。
1011第十-十一讲 叶片设计理论
N max
1 2
C
p
sv13
34
而
1 2
sv1正是风速为
v1
的风能,故
Nmax CpT
Cp =0.593说明风吹在叶片上,叶片所能获得的最
大功率为风吹过叶片扫掠面积风能的59.3%.贝茨
理论说明,理想的风能对风轮叶片做功的最高效率
是59.3%。
35
通常风力机风轮叶片接受风能的效率达不到59.3%， 一般设计时根据叶片的数量、叶片翼型、功率等 情况，取0.25～0.45。
' 1 z
2
42
因为， 可得：
a' (Z ) /
Z (a'1)
气流对叶轮的角速度
' 1 (1 a' )
2
(2)
43
三、动量理论
图9 动量理论简图
44
在叶轮上r--r+dr的环域内应用动量定理（如图 9），则风作用在该环域上的轴向推力为
26
s
v1
s1
v
s2 v2
图7 贝茨（Betz）理论计算简图
vv12
s
—叶片前的风速；
v
—风经过叶片后的速度； —风经过叶片时的面积；
ss12
—风经过叶片时的速度； —叶片前风速的面积； —风经过叶片后的面积
27
分析一个放置在移动的空气中的“理想风轮”叶 片上所有受到的力及移动空气对风轮叶片所做的 功。
22
当空气经过风轮圆盘时显然有静压降存在，以至 于空气离开风轮时其压力会小于大气压力。空气 流就会以减小的速度和静压向下游前进——这个 气流域被称为尾流。
叶片设计中影响风轮装置传动的几项关键参数的分析
Ｆ
１ ． ２ ． ２ 确定 叶片数
１ ） 叶片尖 速 比， 是 叶 片 叶 尖 圆 周 速 度 与 风 速 比
值 …。在 风速 一 定 的情 况 下 ， 叶片数越多 ， 叶 片 的 角
速度 、 半 径 Ｒ 与 速 度 的 比值 越 接 近 １ 。 由表 １ —１所 示
整体 风 轮 叶 片形 状 不 像 风 轮 发 电机 中 的 叶 片翼 型设 计 ， 是根 据 风 轮 给 定 的 毛 坯 形 状 设 计 叶片 迎 角 。 如 图 ５所 示 ， 采用 变截 面 叶形 从根 部 到 顶 部 叶根 部 分 攻角 为 ２ ５ 。 ， 叶顶 部分 攻 角 为 ４ ５ 。 ， 设计 时减 ／ Ｊ ， 叶 片 厚
图 ９ 叶 片 弦 长
图１ ０ 整 体 叶 轮
设 计 后 叶 片 形 状 如 图 ９所 示 ， 叶 片形状 采 用变 截 面设 计 ， 长 度 方 向 每 个 截 面 受 到 的 阻 力 和 升 力
一
些 ， 但 是风 轮 输 出力 矩 大 很 多 ， 且 在 低 风 速 时 起 动
能 力也 强些 。
根 据上 述公 式推 论 ， 叶 片 个 数 在 ８～１ ２片 时 。 在
风速 ８ ～１ ２ ｒ ｎ ／ ｓ时 获 得 实 度 大 ， 叶尖 速 比小 ， 扭矩大 ， 适 合小 型风 轮装 置 。
设 计 的 尖 速 比 是 指 在 此 尖 速 比上 ， 所 有 的空 气 动 力学 参 数接 近 于 各 自的最 佳 值 ， 以 及 风 轮 效 率 达 到 最 大
值 。对 于 低 速 风 力 装 置 来 说 ， 尖 速 比 在 １附 近 有 较 高 的风 能利 用 系数 。
风力发电机叶片设计—
风力发电机叶片的设计经济、能源与环境的协调发展是实现国家现代化目标的必要条件。
随着全世界气候变暖与化石能源的不断消耗及其对环境的影响问题，其他能源的开发愈来愈受到重视，如核能、地热能、风能、水能等新能源及生物质能、氢能的二次能源的开发应用也日趋发展起来。
而在这些新兴的能源种类中，核能的核废料处置相当困难，而且其日污染相较火电厂更为严重，同时需要相当周密的监管控制能力以避免其泄露而产生不可估量的破坏，国际上这些例子也是相当多的。
而地热能的开发必将要依赖与高科技，在现今对地热开发利用还不完善的现状下，更是难以做到，而且其开发对地表的影响也相当大。
而风能则作为太阳能的转换形式之一，它是取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源，不产生任何有害气体和废料，不污染环境。
海上，陆地可利用开发的可达2×1010kW，远远高于地球水能的利用，风能的发展潜力庞大，前景广漠。
自20世纪70年代中期以来，世界主要发达国家和一些发展中国家都在加紧对风能的开发和利用，减少二氧化碳等温室气体的排放，保护人类赖以生存的地球。
风力发电技术相对太阳能、生物质等可再生能源技术更为方便，本钱更低，对环境破环更小，作为清洁能源的主要利用方式而飞速发展，且日趋规模化。
一、叶片设计的意义在风力发电机中叶片的设计直接影响风能的转换效率，直接影响其年发电量，是风能利用的重要一环。
本文主如果设计气动性能较好的翼型与叶片并进行气动分析。
而翼型作为叶片的气动外形，直接影响叶片对风能的利用率。
此刻翼型的选择有很多种，FFA-W系列翼型的长处是在设计工况下具有较高的升力系数和升阻比，而且在非设计工况下具有良好的失速性能。
叶片的气动设计方式主要有依据贝茨理论的简化设计方式，葛老渥方式与维尔森方式。
简化的设计方式未考虑涡流损失等因素的影响，一般只用于初步的气动方案的设计进程；葛老渥方式则忽略了叶尖损失与升阻比对叶片性能的影响，同时在非设计状态下的气动性能也并未考虑；维尔森方式则较为全面是现今常常利用的叶片气动外形设计方式。
风力发电机叶片结构设计及其有限元分析(精品doc)
风力发电机叶片结构设计及其有限元分析摘要为了更好地发展我国的风力发电事业，实现风力发电机的国产化，必须深入开展风力机设计、分析方面的研究。
本文根据传统的的叶片设计方法设计了2MW 风力机叶片，并生成三维几何模型，然后利用有限元模拟对叶片进行了振动模态分析，得到各阶振动频率和振型，为防止结构共振提供了依据。
关键词：风力机，叶片，有限元模拟，优化THE FE SIMULATION AND OPTIMAL DESIGN OF WIND TURBINE COMPONENTSABSTRACTIn order to promote the capability of design and manufacturing of wind turbine in China, more study should be done in the field of wind turbine design and analysis. In this paper, a blade for 2MW wind turbine is designed according to the traditional design procedure and the 3D geometrical model is created. Then the modal analysis is done through the FE simulation to get the frequency and mode shape, which provides the theoretic basis to prevent resonance.KEY WORDS: wind turbine, blade, FE simulation, optimization第一章绪论1.1 能源问题及可再生能源的现状与发展受世界经济的发展和人口增长的影响，世界一次性能源消费量持续增加，1990年世界国生产总值为26.5 万亿美元(按1995 年不变价格计算)，2000 年达到34.3万亿美元，年均增长2.7%。
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。
03.019-2002 空调风轮、风叶选型与设计规范
.集团空调事业部企业标准QJ/MK03.019-2002 空调风轮、风叶选型与设计规范.1.范围1.1 本设计规范规定了空调器常用风轮：轴流、贯流和离心风轮的的设计基本要求、材料和选用原则；供设计人员在风轮设计时参考；1.2 本设计规范给出了外协厂加工制作的风轮的配套安装和部件的技术要求。
2.相关标准：QJ/MK05.050-2001 空调用风轮风叶技术条件GB1800.2-1998 公差、偏差和配合的基本规定（ISO286-1：1988）GB/T14486-93 工程塑料摸塑塑料件尺寸公差。
SJ/T10628-1995 塑料件尺寸公差。
QJ/MK05.916-2002 AS类塑料材料3.术语和定义：3.1 借用风轮：为空调内部结构改变不大时，采用的原同类规格空调的风轮；3.2 专用风轮：为空调内部结构变化较大，使用规格较少时新选配和新设计改进的风轮，往往无法借用通用件中的风轮。
3.3 叶轮形式定义：按气流的进、出气方向可以分为离心、轴流叶轮；气流两次流经叶片，横贯叶轮时称为贯流叶轮或横流叶轮。
3.4 叶轮的命名符号及意义：3.4.1 离心叶轮的命名和符号意义：MDLX（离心风轮）-D外直径*H（高度）-（生产厂家或供货厂家）-M（摸具编号A、B、C……）3.4.2 贯流叶轮：MDGL（贯流风轮）-D外径-（生产厂家或供货厂家）-M（摸具编号A、B、C……）3.4.3 轴流叶轮MDZL（轴流风轮）-D外直径*H（高度）-（生产厂家或供货厂家）-M（摸具编号A、B、C……）3.4.4 生产厂家代号规定：目前提供叶轮的工厂有如下单位，按厂家名称的汉语拼音第一个字母为厂家代号，例如：SW—顺威风轮；LD—郎迪风轮；TD—天大风轮；DY-宁波德业风轮；……4. 风轮的选用设计规范：4.1 风轮的选用原则：4.1.1 借用风轮的选用原则：4.1.1.1 风轮的形式选用：参考如下形式分类进行基本形式确定：分体室外机====轴流风轮：分体室内机====贯流（横流）风轮：有不等距、等距和斜扭等不同叶型规格柜机室内机====多叶离心风轮（有单吸和双吸之分）柜机室外机=====轴流风轮嵌入式室内机===离心风轮嵌入式室外机===轴流风轮商用空调室内机====多叶离心（单吸和双吸风轮）4.1.1.2风轮规格的确定在所采用的空调器结构没有更改的条件下，主要结构部件是指：板金结构件外型、蒸发器的结构形式和形状尺寸、电机的支架和安装位置、方式等，严格按照《标准件手册》---通用件中规定确定的风轮规格进行，不得任意更换风轮；在内部结构有更改或改进时，需要对《标准件手册》---通用件中推荐的叶轮进行匹配实验，风量和噪声测试验证，达到设计要求时可以采用；达不到整机的设计要求时，通过转速调节的方式来改进，再实验验证风量和噪声要求；如果还是达不到需求，则要通过新选叶轮和设计新叶轮的方式来实现，最后确认制做。
风车的科学原理
风车的科学原理风车是一种可以将风能转换成机械能的装置，通常用于发电或者泵水等用途。
风车的工作原理是由风力驱动叶片转动，进而带动风车轴转动，从而将机械能转换成电能或者动能。
下面就来一起探究一下风车的科学原理。
1. 叶片的设计风车的叶片是风能转化为机械能的重要部分。
在风的作用下，叶片受到一个来回转动的力，并向轴方向传递力矩，使轴带动发电机或其他力学装置转动。
因此，叶片的设计是风车工作能否有效的关键。
一般来说，叶片的宽度越大，所受的风力也就越大，能量转换效率更高。
而叶片的长度则影响其所受风场的范围，长度较长的叶片能够在低速风场中工作，但受到强风时则相对较不稳定。
因此，当设计叶片时，需要综合考虑风场的具体情况，采用合适比例和宽度长度的叶片，以最大化转换能量。
2. 风轮和轴风轮和轴是风车的基础构件之一。
风轮的转动由风力驱动叶片带动产生，而轴则是将旋转能量导向其他设备。
因此，风轮和轴的设计也对风车效率有着决定性的影响。
一般来说，风轮的直径越大，所受的空气阻力就越小，能量转换效率也就越高。
而轴则需要选用优质材料，以便能够承受旋转时的各种应力和负荷，延长风车的寿命。
3. 控制系统风车的控制系统非常重要，可以通过计算机监控和控制风车的转速和转向，以便实现风能的最佳利用。
具体来说，控制系统可以根据风速的变化和电力需求的变化实时调整风车的叶片角度，来保持最佳的能量转换效率。
此外，当风速过高或者过低时，还可以通过控制系统的帮助来防止风车受损或者过载。
总结风车是一种非常有效的风能利用设备，其工作原理是利用风能驱动叶片转动，进而将机械能转化成电能或其他形式的动能。
风车的效率和寿命，则需要综合考虑叶片的设计、风轮和轴的选用以及控制系统的作用。
因此，在设计和安装风车时，需要按照科学的原理和设计方案来进行，以达到最佳的能量利用效果和使用寿命。
第4章_风轮叶片设计
Ø
• • • • • Ø
Ø
l
Ø
• •
其他要求 对叶片设计的要求不仅需要参考和选用设计标准，还 应考虑风电机组的具体安装和使用情况。上述的叶片基本 设计要求，主要参考了IEC 61400—1[2]标准和德国GL的 《风力发电风电机组认证规范》中的有关规定，以下一些 要求仅供设计参考。 极限变形 由于复合材料的优良特性，大型风电机组风轮叶片的 设计首先考虑叶片的刚度是否满足使用要求，然后进行强 度校核。因此对叶片的极限变形要求极为重要： 避免风电机组运行过程中与塔架碰撞，要限制叶片在最大 设计风速时的极限变形； 在叶片变桨距时，应考虑气动弹性载荷对变形的影响。
Ø
Ø
Ø
Ø
l
结构设计要求
结构设计是形成叶片构件的关键设计过程，需要根据叶片所受的 各种载荷，并考虑风电机组实际运行环境因素的影响，使叶片具有足 够的强度和刚度。在规定的使用环境条件下运行时，应保证叶片在使 用寿命期内不发生破坏。另外，要求叶片的设计重量尽可能轻，并考 虑叶片间的相互平衡措施。 叶片的强度通常需要通过静强度和疲劳强度分析校核，受压结构 部分还应进行稳定性校核。强度分析应在足够多的截面上进行，需要 分析校核的横截面数目可根据叶片类型和尺寸确定，但至少应分析4 个以上的截面结构。同时，在叶片几何形状或材料不连续的位置，应 考虑增加必要的附加截面分析。 叶片强度分析可用相应的应变、应力等力学分析校核方法。对于 应力分析，还应额外校验最大载荷点处的应变，以确认设计结构不超 过材料破坏极限。
叶片结构设计的基本内容
n l
设计要求 气动设计要求
为了使风电机组有较高的风能利用效率，一般需要通过叶片气动 设计获得相应的设计参数或指标。采用葛劳渥(Glauert)、维尔森 (Wilson)或其他改进的可靠设计方法，通过计算确定叶片的气动外形 (如叶片的翼型、弦长、扭角、剖面厚度沿展向的分布等)，并提供相 应的设计条件参数(额定叶尖速比等)。 根据有关设计标准或第2、3章的分析，气动设计过程通常需要确 定以下设计参数或指标： 设计风速 设计风速是叶片设计的重要基础参数，包括额定设计风速、切入 风速、切出风速以及相应的湍流条件等。 气动性能指标 气动设计需要确定叶片的气动功能特性，如风能利用系数CP、推 力系数CQ、转矩系数CT等指标。
第五章 风力机叶片设计
如此，求出迎角后，即可根据翼型空气动力特性曲线得到叶素的升力
系数Cl 和阻力系数Cd 。
《风力机空气动力学》
3
§5-2：基础理论
合成气流速度V0引起的作用在长度为dr 叶素上的空气动力dFa可以分 解为法向力dFn和切向力dFt，则
dFn
1 2
cV02
C
n
dr
dFt
1 2
cV02 C t
测试结果如下图所示。 测试数据的处理
低频振动（轴向窜动、圆盘效应） 1阶振动 2阶振动 3阶振动
振动模态
1阶反对称
1阶对称
2阶反对称
2阶对称
轴向窜动 圆盘效应
0.587 0.96a Cn
1 a2
4F sin 2
代替
a Cn 1 a 4F sin 2
葛劳渥特（Glarert）修正方法(Glauert H. 1935)
当a>0.2时，第⑥步中由
a
1 2
2
k1
2ac
2 k1 2ac 2 4 kac2 1
பைடு நூலகம்dr
其中c：叶素剖面弦长
Cn、Ct ：法向力系数和切向力系数
则
Cn Ct
Cl Cl
cos sin
Cd Cd
sin cos
阻力使切向力，即力矩 减小，而使推力增加
这时，作用在风轮平面dr圆环上的轴向力（推力）可表示为
dT
1 2
BcV02 C n dr
其中B：叶片数
8
§5-2：基础理论
海上风力发电风轮叶片传热性能分析与优化设计
海上风力发电风轮叶片传热性能分析与优化设计随着全球能源需求的不断增长和环境保护意识的提高，海上风力发电作为一种可再生能源形式得到了广泛关注。
风力发电的核心装置是风轮叶片，其传热性能对整个系统的效率和可靠性起着至关重要的作用。
因此，对海上风力发电风轮叶片的传热性能进行分析与优化设计显得尤为重要。
首先，我们需要对海上风电场的环境进行全面了解。
海上风电场的环境与陆地风电场有诸多不同之处，如海洋环境的复杂性、气候条件的多样性等。
这些因素直接影响着风轮叶片的传热性能。
针对不同的海域环境，我们需要进行详细的测量和数据分析，以获取准确的环境参数。
其次，我们可以利用数值模拟方法对风轮叶片的传热性能进行分析。
数值模拟方法能够模拟风流场和传热过程，通过求解流体动力学和传热方程，计算叶片的传热性能指标，如表面温度、传热系数等。
基于这些指标，我们可以评估叶片的冷却效果和散热能力，并对传热性能进行分析和优化。
在传热性能分析的基础上，我们可以进行叶片的优化设计。
目前，常见的叶片设计方法包括几何形状优化、材料优化和结构优化等。
在几何形状优化中，可以调整叶片的几何形状以及叶片的倾角、弯曲度等参数，以提高叶片的传热性能。
在材料优化中，可以选择适当的材料以提高叶片的导热性能。
在结构优化中，可以优化叶片的内部结构以提高散热能力和抗风能力。
除了优化设计，有效的冷却系统也可以显著提高海上风力发电风轮叶片的传热性能。
传统的冷却系统通常采用气冷和液冷两种方式。
气冷系统通过向叶片表面喷洒冷却气体以改善传热性能。
液冷系统则通过在叶片内部布置冷却管路，利用循环流体对叶片进行冷却。
这些冷却系统不仅能够有效地消散叶片的热量，还可以提高叶片的结构强度和寿命。
最后，对海上风力发电风轮叶片传热性能的分析与优化设计需要考虑系统的整体性能。
风轮叶片的传热性能与风轮的运行状态、发电效率、安全性等密切相关。
因此，我们在进行传热性能分析与优化设计时不仅需要关注叶片自身的传热问题，还需要将其与系统的其他性能指标进行综合考虑。
风力机叶轮设计.
5位数翼型族 美国NACA 6位数翼型族 德国DVL 1、7、8族等 各种修改翼型
英国RAF
命名规则：NACA XYZZ X-----------相对弯度 Y------------最大弯度位置 ZZ----------相对厚度
苏联ЦΑΓИ
叶片优化设计方法 Matlab参与计算 右侧图片的设计过程是按照Glauert 理论设计模型，Willson设计模型设计
风力发电机叶片设计
叶片形状设计 理论基础 现有翼型及其特点 辅助优化设计方法 制造材料和工艺 现有各种制造材料及其特性的介绍 制造工艺介绍
叶片和翼型的几何形状与空气动力特性
翼型的参数
l -----翼型的弦长，A点到B点的长度 C -----最大厚度，即弦长法线方向之翼型最大厚度 f -----翼型中线最大弯度
Glauert的升级版，考虑的非工况下 风轮的性能
基于Soildworks的叶片绘制（前端处理）
用Profili软件进行数值模拟
用ANSYS进行叶片动静载荷，震动分析
叶片材料
木制叶片及布 蒙皮叶片
• 近代微、小型，观赏用风力发电机也有用木制叶片，由于叶片不易弯曲，常采用等安装角叶片。在采用木 制叶片的时候需要用强度很好的整体方木做叶片纵梁来承担工作时候所需要承担的力和弯矩。
假设作用在风轮上的轴向推力与扫掠面积成正比，则
dT v 2dS 2v 2rdr
考虑静止的翼型受到风吹，风的速度为 此时，作用在叶片上的力
v
，方向与翼型截面平行。
F
1 C r Sv 2 2
同时，这个力可以分解为平行于气流速度的阻力D与垂直于气流速度的升力L
1 C d Sv 2 2 1 L C lSv 2 2
叶片的设计与制造
叶片的设计与制造叶片的重量完全取决于其结构形式，目前生产的叶片，多为轻型叶片，承载好而且很可靠。
轻型结构叶片的优缺点如下：优点：1）在变距时驱动质量小，在很小的叶片机构动力下产生很高的调节速度2）减少风力发电机组总质量3）风轮的机械刹车力矩很小4）周期振动弯矩由于自重自重减轻而减小5）减少了材料成本6）运费减少7）便于安装缺点：1）要求叶片结构必须可靠，制造费用高2）所用材料成本高3）风轮推力小，风轮在阵风时反映敏感，因此，要求功率调节也要快4）材料特性以载荷计算必须很准确，以免超载。
目前叶片多数为玻璃纤维增强复合材料（GRP）基本材料为聚酯树脂或环氧树脂。
环氧树脂比聚酯树脂强度高，材料疲劳特性好，且收缩变形小。
聚酯树脂材料比较便宜，他在固化时收缩大，在叶片的连接处可能存在潜在的危险，即由于收缩变形在金属材料和玻璃钢之间可能产生裂纹。
水平轴风轮叶片一般近似是梯形的，由于它的曲面外形复杂，仅外表面结构就需要很高的制造费用。
使用复合材料可以改变这种情况，只是在模具制造工艺上要求高些，叶片的模具由叶片上、下表面的反切面样板成型，在模具中由手工成型复合材料叶片。
叶片设计有很多规范可供参考和选用1．极限变形由于复合材料的优良特性大型风力发电机组风轮叶片的设计首先考虑叶片的刚度是否满足使用要求，然后进行强度校核。
因此叶片的极限变形极为重要。
1）避免机组运行过程中与塔架碰撞，要设计叶片在最大设计风速时的极限变形。
2）在叶片变距时，应考虑气弹载荷对变形的影响。
2．固有频率1）叶片在挥舞、摆振和扭转方向上的固有频率，应避开转速激振频率。
2）在计算叶片的固有频率时，应考虑轮毂的刚性。
3）在叶片运行时由于离心力场的作用，其固有频率会提高。
3．叶片轴线位置重心、刚性中心和轴中心位置，在变桨距风力发电机组中应尽可能靠近叶片变距轴线（一般在1/4弦长的位置），会增加叶片气弹稳定性。
4．积水在叶片内部可能会产生冷凝水，其他水分也可能通过适当的位置进入叶片内部，为了避免这些水对叶片造成危害，必须把叶片内部的水排除；可以在叶尖部位打一个小孔，另一个小孔在叶根颈部，使叶片内部有一个很好的通风渠道。
海上风力发电风轮叶片静态变形分析与优化设计
海上风力发电风轮叶片静态变形分析与优化设计1. 引言海上风力发电作为可再生能源的重要组成部分，在解决能源危机及减少碳排放方面具有巨大潜力。
而风力发电的核心设备之一，即风轮叶片的设计与优化对于风机的性能和效率至关重要。
本文将对海上风力发电风轮叶片的静态变形进行分析，并针对变形问题进行优化设计。
2. 风轮叶片的静态变形风轮叶片在运行过程中受到复杂的气动和结构载荷的作用，容易出现静态变形问题。
而静态变形会导致风轮叶片的气动性能下降、动态平衡失调以及结构破坏等不良影响。
静态变形主要包括弯曲、挠度、变形角度等。
弯曲会导致风叶受力不均匀，进而影响到风叶的整体强度和稳定性。
挠度则会导致风轮叶片的形状变化，影响气动性能。
变形角度的改变会导致发电效率下降，损失大量的风能。
3. 静态变形分析方法为了准确分析风轮叶片的静态变形情况，我们可以使用有限元分析方法。
有限元分析方法是一种常用的结构力学分析方法，通过将结构离散化成有限个节点和单元，利用构成方程和位移约束等条件进行求解，得到结构的应力、位移等信息。
在进行有限元分析时，需要建立风轮叶片的几何模型，并设置适当的边界条件和载荷。
通过有限元分析软件进行计算，可以获得风轮叶片在各工况下的应力、位移、变形等数据，从而评估风轮叶片的静态变形情况。
4. 静态变形优化设计针对风轮叶片的静态变形问题，可以采用多种方法进行优化设计，例如材料选择、结构设计和几何形状优化等。
首先，材料选择是优化设计的重要一环。
通过选用高强度、低密度、具有良好抗变形性能的材料，可以有效减小风轮叶片的静态变形。
同时，还需考虑材料的成本和可加工性等因素，找到最优的材料选择方案。
其次，结构设计是静态变形优化的关键。
通过加强风轮叶片的结构刚度、提高连接处的强度，可以有效减小静态变形。
此外，采用多层复合材料结构、加入加强筋等结构设计方法也可以提升风轮叶片的整体性能。
最后，几何形状优化是静态变形优化的重要手段。
通过优化风轮叶片的形状，包括模型的扭转角、锥度和厚度等参数，可以进一步减小静态变形，并提高风轮叶片的气动性能和发电效率。
风力发电课程设计 风力机叶片设计
课程设计设计题目：风力发电技术课程设计课程设计要求一、课程设计的目的和意义通过课程设计使学生能综合运用所学基础理论、基本技能和专业知识，联系生产及科研实际完成某一课程设计题目。
培养学生分析和解决工程问题的能力以及一定的科研、实践能力；培养学生严谨、求实的治学方法和刻苦钻研、勇于探索的精神；培养学生的业务素质、创新意识和团队精神等。
课程设计过程中，深化有关理论知识，扩大知识面，获得阅读文献、调查研究、总结提炼以及使用工具书和写作等方面的综合训练。
通过课程设计工作可以有效地检验“教”、“学”质量。
二、课程设计对学生的要求1. 指导教师指导下，学生在规定时间内正确、相对独立地完成一项给定任务的全过程，包括资料收集、调研、方案比较、数据采集与处理、计算与结果分析、总结提炼观点、得出结论、绘制有关图表、编写设计报告、说明讲解与回答问题、课程设计考核等。
严禁以任何方式抄袭他人成果或网上相关文章，也不能请他人代替完成设计，一经发现，课程设计成绩按不及格处理。
2. 根据设计任务书要求，学生在设计开始较短时间内(1-2天)应掌握所进行课程设计的内容，包括：资料收集与准备、设计任务与思路、工作任务分解、各阶段任务的时间分配、暂时存在的问题等。
3. 设计过程中，学生应主动向指导教师汇报工作进度和遇到的疑难问题，争取指导教师的指导和监督。
指导教师会随时进行指导，并抽查学生的设计进展情况。
4. 学生应严格遵守纪律。
按指导教师要求，在规定时间、固定教室内进行设计，如有特殊情况，应及时告知指导教师，严格请假制度。
5. 设计考核前学生需提交课程设计报告，设计报告应按照相关规范进行撰写，并按指导教师要求整理、修改，及时上交。
晚交设计报告，成绩降档处理；不交设计报告，按不及格处理。
6. 属下列情况之一者，不予考核并取消设计成绩：(1)没有保证设计时间，缺席时间三分之一以上者或未完成规定任务的最低限度要求；(2)剽窃他人设计结果或直接照抄他人设计报告；(3)设计结果存在较大错误，经指导教师指出而未修改；(4)设计结果在书写或其他方面未满足规定的最低要求。
风力发电机叶片结构设计及其有限元分析(精品doc)
风力发电机叶片结构设计及其有限元分析(精品doc)LT风力发电机叶片结构设计及其有限元分析摘要为了更好地发展我国的风力发电事业，实现风力发电机的国产化，必须深入开展风力机设计、分析方面的研究。
本文根据传统的的叶片设计方法设计了2MW 风力机叶片，并生成三维几何模型，然后利用有限元模拟对叶片进行了振动模态分析，得到各阶振动频率和振型，为防止结构共振提供了依据。
关键词：风力机，叶片，有限元模拟，优化THE FE SIMULATION AND OPTIMAL DESIGN OF WINDTURBINE COMPONENTSABSTRACTIn order to promote the capability of design and manufacturing of wind turbine in China, more study should be done in the field of wind turbine design and analysis. In this paper, a blade for 2MW wind turbine is designed according to the traditional design procedure and the 3D geometrical model is created. Then the modal analysis is done through the FE simulation to get the frequency and mode shape, which provides the theoretic basis to prevent resonance.KEY WORDS: wind turbine, blade, FE simulation, optimization第一章绪论1.1 能源问题及可再生能源的现状与发展受世界经济的发展和人口增长的影响，世界一次性能源消费量持续增加，1990年世界国内生产总值为26.5 万亿美元(按1995 年不变价格计算)，2000 年达到34.3万亿美元，年均增长2.7%。
风力发电叶片
风力发电叶片1. 简介风力发电是利用风能产生电力的一种可再生能源技术。
在风力发电系统中，风力发电叶片是将风能转化为机械能的重要组成部分。
本文将介绍风力发电叶片的结构设计、材料选择和性能优化等相关内容。
2. 结构设计风力发电叶片的结构设计是保证其工作效率和稳定性的关键。
一般而言，风力发电叶片采用对称的空气动力学外形，以提高其抗风载荷和动态特性。
常见的风力发电叶片设计结构包括单叶片结构、双叶片结构和三叶片结构。
2.1 单叶片结构单叶片结构是最简单的风力发电叶片设计，通常由一根悬臂梁构成。
该结构的优点是结构简单、重量轻，适用于小型风力发电系统。
然而，由于单叶片结构的刚度较低，容易受到外部风载荷的影响，稳定性较差。
2.2 双叶片结构双叶片结构是常见的风力发电叶片设计，由两个对称的叶片组成。
该结构的优点是稳定性较高，能够在较强的风力环境中工作。
同时，双叶片结构还具有较好的平衡性能和动态特性。
2.3 三叶片结构三叶片结构是目前最常用的风力发电叶片设计。
该结构具有良好的平衡性能和稳定性，能够适应不同风力环境下的运行要求。
此外，三叶片结构在启动和停止过程中的动态响应也较为平稳。
3. 材料选择风力发电叶片的材料选择是确保其强度和耐久性的重要因素。
常用的风力发电叶片材料包括玻璃纤维增强塑料（FRP）、碳纤维增强塑料（CFRP）和复合材料等。
3.1 玻璃纤维增强塑料（FRP）玻璃纤维增强塑料是一种常用的风力发电叶片材料。
其优点包括价格低廉、良好的抗腐蚀性能和较高的强度。
然而，玻璃纤维增强塑料的密度较大，导致叶片重量较重，不利于提高风力发电系统的效率。
3.2 碳纤维增强塑料（CFRP）碳纤维增强塑料是一种轻质高强度的风力发电叶片材料。
相比于玻璃纤维增强塑料，碳纤维增强塑料具有更大的比强度和比刚度，可以显著减轻叶片的重量，提高风力发电系统的效率。
然而，碳纤维增强塑料的价格较高，制造成本较大。
3.3 复合材料复合材料是一种由两种或两种以上的材料组成的材料。