水平轴潮流能捕获桨叶翼型的性能分析与优化
基于叶素_动量理论的潮流能水平轴水轮机水动力性能分析
第35 卷第4 期2014 年4 月太阳能学报ACTA ENEＲGIAE SOLAＲIS SINICAV o l. 35，N o． 4Apr．，2014文章编号: 0254-0096( 2014) 04-0599-06基于叶素-动量理论的潮流能水平轴水轮机水动力性能分析王树杰，陈存福，谭俊哲，袁鹏，周学志( 中国海洋大学工程学院，青岛266100)摘要: 运用简化风车理论对水轮机叶片进行设计，基于叶素-动量( BE M)理论，采用Glauert 修正，计算水轮机在不同工况下功率、转矩等水动力性能，得到不同工况下水轮机性能曲线;在风浪流水槽中进行模型试验，对叶素动量理论计算结果进行验证，为水轮机性能分析提供理论支持。
关键词: 水平轴水轮机; 叶片; 叶素-动量理论; 水槽试验中图分类号: TK73 文献标识码: A0 引言潮流能获能装置形式多样，水平轴水轮机作为其中一种，在潮流能的开发中被广泛使用。
水轮机水动力性能直接决定着机组的发电效率及运行状况，因此，选取有效便捷的性能预测方法至关重要。
现阶段研究手段主要有3种: 试验、理论分析和计算流体动力学( C FD) 模拟。
理论分析由于条件和成本低廉而得到较大发展。
Universit y of Southampton的A．S．B ahaj等［1 ～4］利用GH-T idal B laded和SEＲG- T idal软件研究了水轮机在不同桨距角下的水动力学性能。
该软件基于叶素-动量理论，通过分析叶片二维截面的性能，积分得到整机性能，并进行水槽试验，验证了软件的正确性。
浙江大学马舜等［5］和刘宏伟等［6］利用B E M 对水平轴潮流能水轮机轴向力进行计算分析，运用B laded软件进行对比分析，取得较为理想的效果。
哈尔滨工程大学利用动量定理和流管理论研究了垂直轴水轮机性能［7］。
本文在叶素-动量理论的基础上，引入叶尖和轮毂损失修正，使模型更加接近实际工况，预测不同工况下水轮机水动力性能; 并进行水轮机模型水槽试验，得到水轮机流场特性和水动力性能参数; 并对比理论与试验结果，对理论分析结果进行验证。
水平轴海流能水轮机叶片水动力学特性分析
中国水运 China Water Transport
Vol.19 October
பைடு நூலகம்
No.10 2019
水平轴海流能水轮机叶片水动力学特性分析
尹锐
（昆明理工大学 津桥学院，云南 昆明 650106）
摘 要：针对非定常情况下的三维叶片进行了水动力学特性分析，分别对叶片的功率系数、扭矩系数、轴向力系数、
CFY
0.03 0.02 0.01 0.00 -0 .0 1 -0 .0 2 -0 .0 3
9.5
C FY-b1 C FY-b2 CFY
10.0
10.5
11.0
11.5
12.0
12.5
t/s
a.Y 方向
0 .0 3 0 .0 2 0 .0 1
C FZ-b1 C FZ-b2 CFZ
0 .0 0
C
FZ
-0 .0 1
CF
0.623
CF
0.622
0.621
0.620
0.619
0.618
0.617
0.616
0.615
0.614
0.613
10.0
10.5
11.0
11.5
12.0
12.5
t/s
a.叶片的轴向力系数
0.6
CF-b1
CF-b2
CF
0.5
CF
0.1
9.5
10.0
10.5
11.0
11.5
12.0
12.5
t/s
b.各对象的轴向力系数 图 5 轴向力系数
4．侧向力系数 各对象的侧向力系数在 Y、Z 方向上随时间变化的曲线 如图 6 所示。由图可知，不同研究对象的侧向力系数随时间 呈周期性变化，周期即为叶轮旋转周期。叶片背流面较叶片 迎流面的侧向受力系数的振荡幅度更大，说明叶片背流面的 漩涡脱落现象更明显。而整个叶片的侧向力系数的振荡幅度 较小，且峰值与谷值绝对值相等，符号相反。
螺旋桨水动力学性能分析与优化设计
螺旋桨水动力学性能分析与优化设计螺旋桨是水上船只中最重要的推进装置，其性能直接关系到船舶的推进效率和航行速度。
螺旋桨水动力学性能分析与优化设计是船舶研究领域中的重要分支，对于减少能源消耗、提高运输效率、降低污染排放具有重要作用。
一、螺旋桨水动力学性能分析的基础理论1.1 计算流体力学计算流体力学（CFD）是一种通过数字计算方法来解决流体力学问题的数学模型。
在螺旋桨被设计和研究时，CFD成为了一种重要的工具。
其模型基于Navier-Stokes方程和欧拉方程，模拟了流场和流动的变化，从而分析了流体运动的影响和经济性能的评估。
1.2 螺旋桨理论螺旋桨的理论基础是流体力学中的速度势流和双曲型等势流。
速度势流指的是在流体中的一个点上速度向量可以分解为势函数的梯度，而双曲型等势流涉及到一个坐标系中，速度的散度和旋度是相等的。
1.3 失速失速指的是在较小的流速下，螺旋桨进入了抵抗气蚀和附面效应的状态。
能够有效地分析并求出失速将对设计螺旋桨的截面和轴设置具有重要意义。
二、螺旋桨水动力学性能分析的关键参数2.1 推力和速度推力和速度是螺旋桨水动力学性能分析中的两个关键参数。
推力是螺旋桨提供给船体的推进力，影响到船舶的加速度和航行速度。
速度可以用来计算泥和水的扰动实体质量。
2.2 轮廓设计螺旋桨轮廓设计对其性能影响非常大，包括叶片的数量、截面形状和翼型等。
良好的轮廓设计能够提高螺旋桨的效率，减小水动力噪音，提高抵抗力和附面效应。
2.3 旋转速度旋转速度是螺旋桨的打动驱动力，影响了传动效率和螺旋桨效率。
高速旋转通常会导致较大的失速和流量噪音，而低速旋转也可能会导致螺旋桨产生过多垂直力。
2.4 推力系数推力系数是推力与密度、直径、旋转速度和旋转等效面积的关系。
推力系数是成尺寸和旋转速度的一种无因次数，用于描述螺旋桨的推进效率。
三、螺旋桨水动力学性能优化的方法3.1 优化设计算法优化设计算法是一种通过数学模型和计算机程序来找到最优解的方法。
水平轴风力机叶片翼型流场的数值模拟
清洁能源与新能源水平轴风力机叶片翼型流场的数值模拟闫海津,李佳,胡丹梅(上海电力学院能源与环境工程学院,上海200090)摘 要:为了直观形象地探讨水平轴风力机叶片翼型的气动特性,利用计算流体力学软件FLUENT对水平轴风力机叶片常用翼型NACA63425流场进行了数值模拟,得出了翼型NA-CA63425在不同来流攻角下的升力系数、阻力系数、升阻比和不同流攻角下的流场流线图和翼型表面的压力分布。
根据模拟结果对不同攻角下尾迹漩涡分离流动进行了分析和比较,得出该翼型气动特性随攻角的变化规律。
关键词:翼型;流场;尾迹分离;数值模拟中图分类号:T K83 文献标志码:B 文章编号:1005-7439(2010)02-0081-04Numerical Simulation on the Airfoil Flow Field of Horizontal Wind Turbine BladesYAN Ha-i jin,LI-Jia,HU Dan-mei(Scho ol of T hermal power&Environmental Engineer ing,Shanghai U niv ersity of Electr ic Po wer Shang hai200090,China)Abstract:T o discuss and analyze the air foil of ho rizo ntal wind tur bine blades mor e dir ect v iew ing and viv id,the airfo il N ACA63425used widely in the hor izontal w ind tur bine blades is numerically investigated by the Co mputatio na l F luid Dy namics softw are.T he co ef ficient s of lift and drag as well as the pr essure and velo city distr ibut ion are calculated in different angle of flow at tack fo r air foil N A CA63425.A nalysis and co mpar ison the vor tex separat ion flo w under the different ang le of flow attack,which wo rks o ut the aero dy namics cha racterist ics o f the airfo il N A CA63425.Keywords:a irfo il;flow;vo rtex separ ation;numerical simulation水平轴风力机运行时,如果翼型来流的攻角较大,绕翼型的流动边界层就会严重分离,因此准确获得翼型的气动特性对于风力机叶片设计非常重要,但是这种复杂的分离流动现象采用试验的方法测量非常困难,而且大量的试验将使翼型的设计周期延长和成本增加。
基于水平轴风力机的风能利用技术优化研究
基于水平轴风力机的风能利用技术优化研究在近些年来，随着全球环保意识的不断提升，风能作为一种可再生的绿色能源逐渐受到关注并得到广泛应用。
而在众多风能发电设备中，水平轴风力机因其具有的结构简单、制造成本低、易于维修等优势，成为广大厂家在大规模生产上的首选。
然而，目前市面上普遍采用的水平轴风力机存在着转速慢、能量转换率低、短寿命等问题。
为了进一步提高水平轴风力机的发电效率，从而促进绿色能源的可持续发展，需要对其进行技术优化研究。
一、转速的优化转速是影响水平轴风力机发电效率的主要因素之一。
一般来说，风轮转速越高，则其发电量也越大。
但是，高速旋转不仅会增加机器的摩擦损耗，还会导致飞出物风险等问题的出现。
因此，目前许多研究者尝试采用新型材料、新型设计等方式对风轮进行优化，从而实现转速的提高。
例如，一些研究者提出采用复合材料制造风轮，通过轻量化和提高材料强度等措施，达到提升风轮转速的效果。
另外，还有研究者考虑采用最佳比转速控制策略，即在不损害风力机稳定性的前提下，通过设计合理的控制算法，使风轮保持在最佳转速范围内运行，从而进一步提高风能的利用效率。
二、叶片的设计与优化叶片是水平轴风力机中最核心的组成部分，其设计优化与否直接影响着风能转换的效率。
目前，市面上大部分水平轴风力机采用的叶片结构为传统的三片叶片结构。
但是，由于这种结构存在的支撑强度不足、制造难度大等问题，限制了其发电效率的进一步提升。
因此，目前一些新型的叶片结构逐渐被研究者所关注。
例如，采用柔性悬挂结构的叶片可以在高速旋转时更加稳定，而采用板式或膜式结构的叶片可以减小叶轮制造的难度和成本。
另外，还有部分研究者考虑采用可变叶片结构，通过调整叶片角度和形状，适应不同风速和风向，从而提高发电效率。
三、提高风机的启动和获得风能的能力由于风速的波动和不可控性，风力机的启动和稳定性一直是研究者们关注的重点之一。
为了提高风力机实现对风能点对点的精准捕捉的能力，许多研究者考虑采用新型的启动方式和结构设计。
水平轴大型风力机翼型非定常气动特性分析的开题报告
水平轴大型风力机翼型非定常气动特性分析的开题报告一、选题背景与意义随着能源需求的增长和环境保护的日益重视，风能成为全球清洁能源开发的重要方向之一。
水平轴大型风力机是当前主流的商业化风力发电设备，但在其运行过程中，存在着一系列气动问题，例如复杂的非定常气动特性和翼型失速现象等。
因此，对水平轴大型风力机的气动特性进行深入的研究，能够有效地提高其效率和可靠性，为风能发电技术的进一步发展奠定基础。
二、研究内容与方法本文研究内容为水平轴大型风力机的翼型非定常气动特性，其中主要包括：1.翼型的几何形状分析。
通过对常见的翼型进行分析，确定适用于水平轴大型风力机的翼型类型及其主要参数。
2.数值模拟方法研究。
综合考虑复杂气动流场的影响和计算效率的要求，选用合适的计算模型和仿真软件，进行翼型非定常气动特性的数值模拟。
3.非定常气动特性分析。
从压力分布、力矩、升力和阻力等方面，对翼型非定常气动特性进行深入的分析和探究。
三、预期结果与创新点预期通过本文的研究，可以深入了解水平轴大型风力机的非定常气动特性，为设计优化提供理论指导和实验依据。
具体预期结果包括：1.翼型的几何形状分析结果，将为后续的仿真模拟提供翼型参数。
2.数值模拟方法研究结果，将为气动特性分析提供计算基础。
3.非定常气动特性分析结果，将为翼型设计和风力机的性能提升提供理论支撑。
创新点：1.本文研究针对非定常气动特性做了深入探究。
2.选择了适合翼型非定常气动特性分析的数值模拟方法和仿真软件，优化了模型和方法。
3.翼型的几何形状参数选择和分析基于对商用风力机的考虑。
四、进度安排1.前期准备（1个月）：查阅文献、对水平轴大型风力机翼型进行几何形状分析。
2.数值模拟方法研究（2个月）：选择数值模拟方法和仿真软件，构建计算模型。
3.数值模拟分析（3个月）：进行翼型非定常气动特性的数值模拟。
4.分析与证明（2个月）：分析非定常气动特性的分布规律和影响因素。
5.总结与撰写论文（1个月）：总结结果，撰写论文并进行修改。
水平轴风力机翼型的气动性能分析
坏 ； 型 的升力 系数 降低 到最小 值 ， Ｏ增 大到 ２ ￣ 翼 当 ｔ ０ 附近 时 ．
约 为 １ ； 攻 角 继 续 增 加 大 于 ２ 。 ， 时 升 力 系 数 开 始 ． 当 ０ ０时 这 回 升 ， 型 进 入 深 度 失 速 区 。由 以上 可 知 ， Ｒ ＝．６ １ ６ ． 翼 在 ｅ１ ｘ０ 时 １
的投资额达 到了 １ ０亿欧元 … ８
在 工 作 中 ．风 力 机 通 过 叶 片 将 风 能 转 换 为 旋 转 的 机 械 能 。 而 带 动 发 电机 发 电 。 所 以 叶 片 的 性 能 决 定 了 风 能 的 利 从 用 效 率 ．而 叶 片 性 能 好 坏 部 分 原 因在 于 翼 型 的 合 理 选 择 ． 所
链臻 醚境
水平 轴风 力ｉ 翼 型 的气 动性 能分新 ｌ ｉ 几
杨 梅 张 礼 达
（ 西华 大 学 能 源与 环 境 学院 四 川 成都
６ １０ ９ １０ ３ ）
摘 要 运 用 ｇｍｂ 对 翼 型 Ｆ ６ — ８ ａ ｉ ｔ Ｘ １ １４进 行 建模 ， 后 运 用 ｆ ｅｔ 件 设 置 边 界 条 件 ， 过 计 算 得 到 升 力 系数 、 力 系数 、 然 ｌ ｎ软 ｕ 经 阻
部 分 。 部 分 用 非 均 匀 网格 且 越 靠 近 翼 型表 面 网 格 越 密集 前 ２
格 。 网格 划 分 如 图 ２ 。 对 于 此 次 数 值 模
图 ２ 翼型网格图
拟 的 边 界 条 件 的 设 定 ， 文 用 到 无 穷 远 压 力 进 口 边 界 、 穷 本 无
远 压 力 出 Ｉ边 界 和 无 滑 移 壁 面 边 界 条 件 ， 粗 糙度 为 ０ ： １ 其 。
Ｎ— Ｓ方 程 ［ ３ ３ 二 维 Ｎ Ｓ方 程 ： —
水平轴风力机叶片气动性能计算及影响因素分析
ａ ｄ ａ ａｙ ｉ ｆｉｆ ｅ ｃ ａ ｔ ｓ ｎ ｎ ｌｓｓ ｏ ｎ ｌ ｎ ｅ ｆ ｃｏｒ ｕ
Ｑ ｉｏ ｌ ． Ｕ Ｎ Ｗｅ Ｉ ａ—ｕ Ｄ Ａ ｉ Ｘ
（ ｅ ａｔ ｎ ｏ ｃａ ｉａ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ Ｎ ｒ ｈｎ ｌｃｒ ｏ ｅ ｎｖｒｉ ， ａｄｎ ７ ３ Ｃ ｉａ Ｄ ｐｒ ｍｅ ｔ ｆ Ｍｅｈ ｎｃｌ ｎ ｉｅ ｒ ， ｏｔ Ｃ ｉａＥ ｅｔｃＰ ｗ ｒ ｉｅｓ ｙ Ｂ ｏ ｉｇ ０ ， ｈｎ ） ｎ ｈ ｉ Ｕ ｔ ０１ ０
ｌ ｄＴ ｅ，ｈ ｏ ｐ ｔｒ ｏＦｌ ｉ ｃ ｍ ｉ ｙＭＡ Ｌ ａ ｕｇ ｎ ｏｙ ａ ｃ ｅ ｂｍ ｅｏ、 ｆｅ ．ｈ ｎｔｅｃｍ ｕｅ ｇｇａ ｏ ｐｌｄｂ Ｔ ＡＢ ｌ ｇ ａ ｅａ ｄｔｅａｒｄ ｎ ｉ ｐ ｒ ｒ ａ ｃ ／Ⅱ ｐ ｎｓ ｅ ｎ ｈ ｅ ｍ ｆ ｎ
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｈｉ ｅ ｙ Ｄｅ ｉ ｎ ｃ ｎ ｒ ｓｇ
文 章 编 号 ：０ １ ３９ （０ １ １— ０ ４ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ）０ ０ ４ — ３
潮流能发电及潮流能发电装置
潮流能发电及潮流能发电装置戴庆忠摘要 潮流能发电是利用潮汐动能的一种发电方式。
由于潮流能发电不需要筑坝 拦水，具有对环境影响小等许多优点。
因此，近年来潮流能发电引起许多国家 重视，潮流能发电技术发展很快。
本文从分析潮流能的特点入手，介绍了国内外潮 流能发电的近况，重点介绍目前出现的各种潮流能发电装置，包括水平轴潮流能水轮 机、竖井潮流能水轮机、振荡水翼式潮流能装置等。
关键词 潮汐 潮流能 潮流能水轮机 潮流能发电1 前言1.1 潮流能的特点潮流主要是指伴随潮汐现象而产生的有规律的海水流，潮流每天两次改变其大小和方向。
而潮流能发电则是直接利用涨落潮水的水流冲击叶轮等机械装置进行发电。
众所周知，潮汐是海水在月球、太阳等引力作用下形成的周期性海水涨落现象。
潮汐现象伴随两种运动形态：一是涨潮和落潮引起的海水垂直升降，即通常所指的潮汐；二是海水的水平运动，即潮流。
前者(海水垂直升降)所携带的能量(潮汐能)为势能；而后者所携带的能量(潮流能)为动能。
可以说，两者是与潮汐涨落相伴共生的孪生兄弟。
对前者，可以采用类似河川水力发电的方式，筑坝蓄水发电；而对本文所介绍的潮流能，可以采用类似于海流发电方式，利用潮流的动能发电。
与常规能源比较，潮流能有以下特点：(1) 潮流能是一种可再生的清洁能源。
(2) 潮流能的能量密度较低(但远大于风能和太阳能)，但总储量较大。
(3) 与海流能不同，潮流能是一种随时间、空间而变化的能源，但其变化有规律可循， 并可提前预测预报。
(4) 潮流能发电不拦海建坝，且发电机组通常浸没在海中，对海洋生物影响较小，也不 会对环境产生三废污染，不存在常规水电建设中头疼的占用农田、移民安置等诸多问题。
(5) 与陆地电力建设相比，潮流能开发环境恶劣，一次性投资大，设备费用高，安装维 护和电力输送等都存在一系列关键技术问题。
1.2 潮流能水轮机输出功率的计算潮流能机组输出功率的计算公式为： P=ηρ23AV式中 P ——功率，Wρ——海水密度，1025kg/m 3A ——潮流水轮机转子扫掠面积，m 2V ——潮流速度，m/sη——效率从上述可以看出，潮流能机组的输出功率很大程度决定于潮流速度。
水平轴风力机翼型的多学科优化设计_概述说明
水平轴风力机翼型的多学科优化设计概述说明1. 引言1.1 概述随着对可再生能源的需求日益增长，风力发电成为一种重要的清洁能源形式。
水平轴风力机作为最常见的风力发电装置之一，在其设计和优化中翼型起着关键作用。
本文将针对水平轴风力机翼型的多学科优化设计进行概述和说明。
1.2 文章结构本文共分为五个部分。
首先是引言部分，概述了文章的背景和目标，并介绍了文章的结构。
其次是正文一，介绍了风力机基本原理、翼型选择与设计要点以及多学科优化方法的相关概念。
然后是正文二，探讨了翼型气动性能分析与评估、结构强度分析与优化考虑因素以及考虑经济效益的多学科优化方法。
接下来是正文三，通过实例研究介绍了水平轴风力机翼型优化设计案例，并讨论了飞行器动态特性分析与控制策略考虑因素以及水平轴风力机可行性评估与成本效益分析方法。
最后是结论与展望部分，对整个研究进行总结，并提出了研究的局限性和进一步的研究展望。
1.3 目的本文的目的在于概述水平轴风力机翼型的多学科优化设计方法。
通过对风力机基本原理、翼型选择与设计要点以及多学科优化方法进行分析和讨论，探索提高风力机效率和经济性的可行途径。
同时，通过实例研究案例和相关考虑因素的介绍，为工程师们在实际设计中提供有益的指导和参考。
最后，通过对现有研究进行总结并展望未来发展方向，鼓励更多研究者进一步深入该领域，推动水平轴风力机技术的创新与改进。
2. 正文一：2.1 风力机基本原理风力机是利用风的动能通过翼型产生的气动力驱动发电机产生电能的装置。
其基本原理是：当空气经过翼型时，会在上下表面形成不同的压强分布，从而形成升力和阻力。
其中，升力可转化为扭矩，驱动发电机旋转；而阻力则会降低风能的转化效率。
2.2 翼型选择与设计要点翼型选择是水平轴风力机设计中的关键环节。
主要考虑以下几个方面：- 气动性能：包括升力系数、阻力系数、最大升阻比等指标，优化设计应使得这些指标达到最佳状态。
- 队列失速特性：在多个翼片构成的风力机中，为了避免部分翼片失速对整体性能造成损害，需考虑队列失速特性。
横轴潮流能水轮机叶片专用的翼型及应用与优化设计方法
横轴潮流能水轮机叶片专用的翼型及应用与
优化设计方法
横轴潮流能水轮机是一种利用海洋动力发电的机器，具有环保、可再生、稳定等特点，而叶片是潮流能水轮机中最重要的部件之一。
在进
行优化设计时，叶片翼型的选取尤为关键。
一、横轴潮流能水轮机叶片翼型选取
1.对不同潮流流速的适应能力
在不同的海洋环境中，潮流流速的变化是很大的，而潮流能水轮机需
要能够适应不同的流速，因此叶片翼型的选取需要考虑到这一点。
2.对叶片的水动力性能的影响
叶片的水动力性能包括阻力系数、升力系数、抗力系数、振动等方面，而叶片翼型的选取会对这些方面产生影响，因此需要从这些方面进行
考虑。
3.对能量转化效率的影响
叶片的翼型会对转化效率产生很大的影响，需要注意选择能提高叶片
的转化效率的翼型。
二、应用与优化设计方法
1.基于CFD方法的优化设计
可以运用计算流体力学（CFD）方法，根据不同的叶片翼型进行模拟分析，选择最佳的叶片翼型，同时可通过CFD方法了解叶片工作时的流态，在分析模拟结果之后选择更合适的叶片翼型。
2.基于试验的优化设计
试验是叶片翼型优化设计的常见方法。
通过设计实验来检测不同叶片
翼型的性能，从而选择最佳的叶片翼型。
3.采用基于智能算法的优化设计
智能算法可以帮助优化叶片翼型设计，如遗传算法、人工神经网络（ANN）、粒子群算法（PSO）等。
总之，对于横轴潮流能水轮机叶片，翼型的选择和优化设计十分重要，只有选择合适的翼型并进行优化设计，才能使潮流能水轮机发挥出最
大的效能，同时也能为海洋可再生能源的开发做出贡献。
水平轴风力机翼型的优化设计
水平轴风力机翼型的优化设计王锴; 李浩; 金玉龙; 张程宾【期刊名称】《《建筑热能通风空调》》【年(卷),期】2016(035)007【总页数】5页(P51-55)【关键词】风力; 机翼型; 优化设计; 模拟【作者】王锴; 李浩; 金玉龙; 张程宾【作者单位】东南大学能源与环境学院; 东南大学吴健雄学院【正文语种】中文风电作为一种绿色可再生能源，已受到世界各国的广泛关注和重视。
据国家能源局2013年的统计数据[1]，风电已经成为我国继火电、水电之后的第三大电源[2]，在全球范围内，风电装机容量也呈指数趋势上涨。
作为增速最快的发电形式，风电已经成为全球能源市场的重要资源，并在分布式能源利用、绿色建筑一体化等方面有着广阔的应用前景[3-6]。
叶片作为风电机组的核心部件，其翼型直接影响到风力机的气动性能，因此，翼型的设计和优化在风力发电机组中占据了不可估量的地位。
基于此，本文首先对风力机翼型优化设计的国内外研究进展展开介绍，然后将风力机翼型的优化设计分为四个工作步骤，分别进行综述探讨。
现代风力机的发展起源于国外，翼型的使用和研发主要分为三个阶段[7]：1）航空翼型；2）个性化风力机翼型；3）通用型风力机翼型。
早期的翼型多为升阻特性较好的航空翼型，如美国的NACA系列翼型。
实践表明，这一系列的翼型在大幅变化的雷诺数工况下敏感性低，有较强的滞后性[8]。
因此，为了提高翼型的气动性能，各国纷纷展开了风力机专用翼型族的研究设计工作。
20世纪末期，美国可再生能源实验室Tangler[9]等人提出Eppler翼型反设计方法，编程设计出高升阻比的NREL-S系列翼型族。
该系列的9族翼型，分别适用于不同控制类型和风轮尺寸的风力机，其设计思想体现了适用于不同需求的“个性化”翼型设计思路；瑞典的Bjork[10]采用XFOIL程序设计开发了FFA-W系列翼型。
该系列翼型的相对厚度从12.5%到36%，每种翼型在对应的设计工况下均具有较高的升力系数和升阻比；20世纪90年代中期，丹麦国家风能研究实验室的Peter Fuglsang[11]研发了仅适用于薄叶片的RISΦ系列翼型，同时指出复杂目标优化设计中相互矛盾的地方，为翼型的多目标优化设计奠定了基础；荷兰代尔夫特理工大学的Timmer[12]等人利用XFOIL程序设计出相对厚度从15%至40%的DU系列翼型族，并且首次提出升力系数和最大升力系数之间要保持合理差值的设计理念。
水平轴风力机叶片翼型的气动特性研究的开题报告
水平轴风力机叶片翼型的气动特性研究的开题报告一、选题的背景和意义随着能源需求的不断增长和环境保护意识的提高，风力发电作为一种清洁、可再生能源正受到越来越多的关注。
水平轴风力机是目前主流的风力发电设备，其叶片是风力机最核心的部件之一，直接影响着风力机的发电效率和经济效益。
而翼型是决定叶片气动性能的关键因素。
因此，对水平轴风力机叶片翼型的气动特性研究具有重要的理论和实践意义。
通过深入的研究，可以掌握水平轴风力机叶片翼型的优化设计方法，提高风力机的发电效率，降低成本，实现可持续发展。
二、研究的对象和内容本研究以水平轴风力机叶片翼型为研究对象，主要研究内容包括以下几个方面：1. 翼型的基本概念和分类介绍翼型的基本概念，如翼型的形状、气动特性等，并对常见的翼型进行分类。
2. 翼型的气动特性分析方法介绍翼型的气动特性分析方法，如实验法、数值模拟法等，分析其优缺点及适用范围。
3. 现有水平轴风力机叶片翼型的分析对现有水平轴风力机叶片翼型进行研究和分析，掌握其优缺点，并从几何形状、流场分布、升阻比等方面进行比较评价。
4. 基于工程实践的翼型优化设计根据水平轴风力机的实际工程特点，通过翼型仿真优化设计，提出一种针对水平轴风力机翼型的优化设计方法，并进行实验验证。
三、研究的方法本研究采用文献资料法、实验测试法、数值模拟法和工程实践结合的方法，对水平轴风力机叶片翼型的气动特性进行深入的研究。
1. 文献资料法通过对相关文献、研究报告等的收集和分析，了解水平轴风力机叶片翼型的研究现状和发展方向。
2. 实验测试法借助相关实验设备和测试方法，对不同翼型进行实验测试，获取其气动特性数据，包括升力系数、阻力系数、升阻比等。
3. 数值模拟法采用计算流体力学（CFD）方法，通过建立数值模型，对不同翼型进行气动特性分析和仿真优化设计。
4. 工程实践参照国内外已有的翼型优化设计方法和工程实践经验，结合实际工程特点，设计和优化水平轴风力机叶片翼型。
大型水平轴风力机叶片气动性能优化
大型水平轴风力机叶片气动性能优化
张湘东;聂国华
【期刊名称】《计算机辅助工程》
【年(卷),期】2009(18)1
【摘要】为提高风力机将风能转化为机械能的效率,根据我国西北地区的风频风能曲线,用最优设计攻角沿叶片轴线的非线性分布修正传统Wilson算法,优化设计大型水平轴风力机叶片的气动性能. 该优化设计利用Matlab优化工具箱,优化速度干涉因子的迭代计算,提高计算效率;考虑多翼型和变攻角等因素对叶片外形优化的影响,从结构及加工工艺角度修正翼型. 通过对1.2 MW 风力发电机组叶片外形的气动性能计算和优化设计,结果表明该优化设计的有效性和可行性,可为风力机叶片外形设计提供参考.
【总页数】4页(P47-50)
【作者】张湘东;聂国华
【作者单位】同济大学,应用力学研究所,上海,200092;湖南科技大学,土木工程学院,湖南,湘潭,411201;同济大学,应用力学研究所,上海,200092
【正文语种】中文
【中图分类】TK83;O355
【相关文献】
1.大型变截面翼型叶片与气动性能优化分析 [J], 杨敏;邢钢;邢诗蓉;王守艺
2.小型水平轴风力机叶片气动性能优化 [J], 李建华;魏克湘;王高升
3.大型水平轴风力机叶片的空气动力学分析 [J], 高秀娟
4.大型近海水平轴风力机转轮的空气动力学性能优化判据 [J], 程兆雪;李仁年;杨从新;胡文瑞
5.大型水平轴风力机叶片气动弹性计算 [J], 唐迪;陆志良;郭同庆
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应力系数等方面进行 了研究 ， 对航空翼型与风力 发电机专用翼 型在捕获 冲击能量上 的不 足之处进 行 了探 讨， 提 出了一种水 平轴 潮
流能发电桨叶专用翼型 的设计方法 ， 该翼型能综合利 用压差升 力与 冲击 作用 力 ， 从而 提高潮 流能 的整体捕 获效 率。基 于叶素动 量
理论并借助 Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ迭代 ， 求解 出了桨 叶 ２ １个截面 的弦长与扭角 ， 利用 Ｃ ｉ ｎ ｃ ｉ ｎ ｎ ａ ｔ ｉ 加 工 中心 制作 了桨 叶并在水 槽实 验平 台上进行 了
（ １ ． 宁波 大学 机 械工 程 与力学 学 院 ， 浙 江 宁波 ３ １ ５ ２ １ １ ； ２ ． 浙江 大学 宁波 理工 学 院 机 能 学 院 ， 浙江 宁波 ３ １ ５ １ ０ ０ ）
摘要 ： 针对水平 轴潮 流能发电桨叶专用翼型 的设计 问题 ， 对翼型 的流 场 、 翼 型捕 获能量 的机理 、 二维 翼型 的升阻 力系数 和 方 向切
中图分类号 ： Ｔ Ｈ１ ２ ２ ； Ｔ Ｋ ７ ９ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １ — ４ ５ ５ １ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ６— ０ ７ ７ ８— ０ ５
Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈｅ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ａ ｉ ｒ ｆ ｏ ｉ ｌ
试验 ， 观察并 记录发 电数据 。试验结果表 明， 通过增加翼型尾部弯度 能有效提 高水平轴 潮流能 发 电桨叶 的 自启 动性能 和能量 捕获 效率 ， 验证 了该 设计方法 的正确性与有效性 。 关键词 ： 潮 流能 ； 翼型 ； 压差升力 ； 冲击作 用力 ； 自启 动性 能 ； 能量捕获效率
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第３ ２卷 第 ６期
２ ０ １ ５年 ６月
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工 程 Βιβλιοθήκη Ｖｏ １ ． ３ ２ Ｎ ｏ ． ６
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水 平 轴 潮 流 能 捕 获 桨 叶 翼 型 的 性 能 分 析 与 优 化
朱 斌 ２， 郑 堤 ， 乔 峰 ， 陈俊 华２