2MW风电机组叶片气动性能计算方法的研究_刘勋
某兆瓦级水平轴风力机叶片气动设计和性能评估
某兆瓦级水平轴风力机叶片气动设计和性能评估黄知龙;刘沛清;赵万里【摘要】基于片条理论,建立了水平轴风力机的气动参数和性能计算模型,并考虑了叶尖损失、叶根损失、叶栅影响和重载荷下对片条理论参数的修正.以此为基础设计完成了某1.5 MW水平轴风力机叶片的气动外形,并对其气动性能进行了评估,结果表明该风力机叶片气动性能达到设计要求,具有较佳的风能利用系数和运转特性.【期刊名称】《电网与清洁能源》【年(卷),期】2010(026)001【总页数】5页(P68-72)【关键词】风力机;叶片;片条理论;气动设计;性能评估【作者】黄知龙;刘沛清;赵万里【作者单位】北京航空航天大学流体力学教育部重点实验室,北京,100191;中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所,四川,绵阳,621000;北京航空航天大学流体力学教育部重点实验室,北京,100191;北京航空航天大学流体力学教育部重点实验室,北京,100191【正文语种】中文【中图分类】TK83随着传统能源的短缺，世界各国先后提出了适合本国国情的新能源战略。
风能作为一种相对廉价的清洁新能源得到各国的重视[1-4]。
我国是一个风力资源丰富的国家，风力发电潜力巨大，自国家提出全国风电“十一五发展计划及2020年发展规划”后，全国的风电行业是一派欣欣向荣的景象，风力机的单台装机容量由初期的600kW发展到了现在的2.5MW，兆瓦量级的单台装机容量已成为大型风电场的主力。
作者应某风能公司委托，开展了某1.5MW风力机叶片的设计和性能评估，本文就采用的设计方法和相关设计结果进行简要的阐述。
风力机叶片设计主要采用的方法分为求解正问题和求解反问题2类，求解正问题是指首先根据某种规则设计出一个叶片，然后根据该叶片的气动性能、制造工艺和结构强度要求不断对叶片进行优化，最终使叶片的气动性能达到设计者满意的要求。
反问题设计是指根据设计者期望的叶片气动参数，通过一系列假设和经验，通过计算得到叶片的外形参数[5-7]。
微型风力发电机组气动性能优化设计
微型风力发电机组气动性能优化设计随着可再生能源的发展，风力发电作为其重要组成部分之一，受到越来越多的关注。
与传统的大型风力发电机不同，微型风力发电机组以其便携性、灵活性和适应性成为了新的研究热点。
然而，由于微型风力发电机组受到空间和重量的限制，其气动性能的优化设计成为了一个关键的课题。
气动性能是指微型风力发电机组在风的作用下，能够有效地转化风能为电能的能力。
提高微型风力发电机组的气动性能，可以增强其风能利用效率，提升发电效率。
本文将从减小风阻力、提高风能利用率和优化叶片设计三个方面进行深入探讨。
首先，减小风阻力是提高微型风力发电机组气动性能的重要手段之一。
风阻力是微型风力发电机组的一个主要损耗因素，减小风阻力可以有效降低发电机组的能耗。
在设计过程中，可以采用流线型外形设计、减小表面粗糙度、优化布置和降低压缩区域的设计等手段来减小风阻力。
此外，采用轻量化的材料和结构，可以减小微型风力发电机组的整体重量，从而减少风阻力和能耗。
其次，提高风能利用率也是优化微型风力发电机组气动性能的关键因素之一。
风能利用率是指微型风力发电机组实际产生的电能与理论最大可产生电能之比。
提高风能利用率需要充分利用风能资源，将风能有效地转化为电能。
为了实现高风能利用率，可以采用定位系统来确保微型风力发电机组始终面向风向。
此外，合理安排叶片的转动速度和角度，使其在不同风速下都能够高效转化风能。
同时，优化微型风力发电机组的发电控制系统，可以根据实际风速和电网负荷的变化来调整发电功率，最大限度地利用风能。
最后，优化叶片设计是提高微型风力发电机组气动性能的重要手段之一。
叶片是微型风力发电机组与风能直接进行能量转化的关键部件，其设计直接影响机组的气动性能。
在叶片设计中，可以采用更合理的叶片形状和曲线来实现更高的发电效率。
此外，优化叶片材料的选择和制造工艺，可以提高叶片的强度和耐用性，延长使用寿命。
同时，对叶片进行动态平衡测试，可以减小发电机组的振动和噪音，提升性能和舒适性。
2KW风力发电机组低风速叶片设计和分析报告
课程：空气动力学2KW风力发电机组低风速叶片设计与分析姓名：余辉学号：201580812008指导教师：傅彩明2016年01月05日2KW风力发电机组低风速叶片设计与分析一.课题研究的背景和意义1941年，美国把蒙特研制的第一台风力发电机开启了风力发电；此后，大型风力涡轮发电机促进了风力发电；如今,世界许多国家都安装了超大型风力发电机进行风力发电，促进风力发电长远发展。
近年来全球的风力发电发展很快，装机容量的年平均增长率超过了30%风能是一种技术比较成熟、很有开发利用前景的可再生能源之一。
开发利用风能对世界各国科技工作者具有极强的魅力，从而唤起了世界众多学者致力于风能利用方面的研究。
本文将对风力发电基本原理和具体2KW风机叶片设计进行论述。
目前，全球都面临着能源枯竭、环境恶化、气温升高等问题，日益增长的能源需求、能源安全问题受到世界各国广泛关注。
风能具有可再生、资源广、安全、清洁、无燃料风险等优势，因此，世界各国都在加快风力发电技术的研究，以缓解越来越重的能源和环境压力。
中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，提供电力的能源消费是以煤炭为主，燃煤发电量占总发电量的80%但是，能为人类所用的石化资源是有限的，据第二届环太平洋煤炭会议资料介绍，若不趁早调整以石化能源为主体的能源结构，终将导致有限的石化能源趋于枯竭，人类生态环境质量下降的恶性循环，不利于经济、能源、环境的协调发展。
二.风力发电机的设计理论风力发电是通过捕风装置的风轮将风能装换成机械能，再将机械能转换成电能的过程，因此构成风轮的翼型的结构性能直接影响着分风能的转换效率。
本章介绍风力机翼型的几何结构、空气动力学基础概念及基础理论，为下文的叶片分析设计奠基础。
2.1风力机的基本概念（1）风力机的基本概念和参数风轮叶片的几何形状不同，则空气动力特性也不同。
为了设计风机，必须对风机的有关的概念和术语加以理解，例如，风轮、叶片、叶片旋转平面、风轮直径、叶尖速比等，而翼型外形由翼的前后缘、弦、中弧线、翼的上下表面、叶片安装角、攻角、来流角、最大厚度及最大相对厚度、弯度与弯度分布等参数决定。
基于CFD的大型风力发电机组叶片气动性能研究
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中图分类号 ：Ｋ ９ 文献标 志码 ： 文章 编号 ：０６７ ３ ２ １ ） ５０９ － Ｔ８ Ａ １０ － （０ ２ ０ －５ ５０ ４ ０ ６
Ｉ ｖ ｓｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｈｅ ａ ｒ ｄ ｎａ ｉ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｆ ｎ ｅ ｔｇ ｔｏ ｎ ｔ ｅ ｏ ｙ ｍ ｃ ｐ ｒ ｏ ｍ ｎ ｅ ｏ ｌ ｒ ｅ ｗｉ ｄ ｔ ｒ ｉ ｅ ｂ ａ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ａ ｇ ｎ ｕ ｂ ｎ ｌ ｄ ａ ｅ ｎ ＣＦＤ
盛振 国 ， 陈峰 任 慧龙 刘小龙。 李 ， ，
（ ． 尔滨 工程 大学 船舶 工程 学院 ， １哈 黑龙 江 哈 尔滨 １０ ０ ； ． ５ ０ １ ２ 中国船级社 产品设计评估 中心 ， 北京 １０ ０ ； ． ００ ６ ３ 中国船舶科
学研 究 中心 ， 江苏 无锡 ２ ４ ８ ） １０ ２
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兆瓦级风力机叶片优化设计及其气动性能计算的开题报告
兆瓦级风力机叶片优化设计及其气动性能计算的开题报告一、课题背景及研究意义：随着可再生能源的发展和应用，风力发电在能源领域得到了广泛应用。
而风力机作为风力发电系统中的重要组成部分，其性能的稳定和可靠性对于整个风力发电系统的运行保障有着至关重要的作用。
叶片作为风力机性能的关键部分，其设计的好坏对风力机的性能具有决定性影响。
兆瓦级风力机叶片的设计计算是一个复杂的过程，需要考虑到众多的因素，如风力机叶片的基本参数、空气动力学特性、结构强度、材料及工艺等。
如何在保证叶片强度、稳定性和可靠性的前提下，提高叶片的发电效率、降低风力机的成本，是叶片设计计算过程中需要解决的核心问题。
因此，兆瓦级风力机叶片优化设计及其气动性能计算的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、研究目标及研究内容：本课题的主要研究目标是开展兆瓦级风力机叶片的优化设计及其气动性能的计算研究。
通过理论计算和数值模拟的方法，对风力机叶片进行优化设计，提高其发电效率和降低成本。
同时，研究叶片的气动性能及其对风力机性能的影响，为风力机的整体性能提高提供理论依据。
本课题的主要研究内容包括：（1）充分理解兆瓦级风力机叶片的设计原理和基本参数，通过CAD软件进行叶片的三维建模。
（2）对兆瓦级风力机叶片进行气动性能分析，利用数值模拟方法计算叶片的风洞试验数据，得出叶片的升力、阻力、扭矩等气动性能参数。
（3）针对叶片的气动性能进行优化设计，尝试采用新型材料、几何形状、结构强度等优化手段，提高叶片的发电效率和降低成本。
（4）对优化后的叶片进行重新计算和模拟，分析叶片的气动性能及其对整个风力机系统性能的影响。
三、研究方法及技术路线：本课题采用从理论分析、计算模拟、实验验证等多个方面进行研究和探索的方法。
具体技术路线如下：1、充分理解兆瓦级风力机叶片的设计原理和基本参数，通过CAD软件进行叶片的三维建模。
2、对风力机叶片进行气动性能分析，利用数值模拟方法计算叶片的风洞试验数据，得出叶片的升力、阻力、扭矩等气动性能参数。
2MW风电机组叶片气动性能计算方法的研究_刘勋
新能源专题2009年第8期682MW 风电机组叶片气动性能计算方法的研究刘 勋 鲁庆华 訾宏达 孙伟军（北京北重汽轮电机有限责任公司，北京 100040）摘要 本文以某2MW 风电机组的叶片为实例，总结出一套工程上实用的叶片气动性能分析的方法。
使用XFOIL 和Fluent 软件，对叶片不同截面的翼型计算了小攻角范围内的气动性能，并对两种计算结果进行对比分析；在翼型小攻角气动性能的基础上，利用Viterna-Corrigan 修正将翼型的气动性能扩展到±180°全攻角范围。
使用这些全攻角翼型气动性能数据，在Bladed 软件中建立风电机组的叶片模型，分析计算该叶片的气动性能、整机功率曲线等性能。
通过最终计算结果与原设计值对比，表明采用该方法分析风电机组叶片的气动性能是可行的。
关键词：风力发电机；叶片；气动性能The Research of Aerodynamics Performance Calculation Method of2MW Horizontal Wind Turbine BladesLiu Xun Lu Qinghua Zi Hongda Sun Weijun（Beijing Beizhong Steam Turbine Generator Co., Ltd, Beijing 100040）Abstract A suit of aerodynamics performance analyses method in the practical engineering calculation is obtained by research the blade of a 2MW horizontal axis wind turbine. With the software of XFOIL and Fluent, the aerodynamic performances of airfoil in the small angle of attack arrange are calculated in the different radial location. The XFOIL and Fluent calculation results are compared. On the base of the small angle of attack arrange, using the Viterna-Corrigan post stall modified, the aerodynamic performances of the airfoil are extended from -180°to +180°angle of attack range. With the XFOIL calculation data of all angle of attack range, the blade models of this wind turbine are founded in the software of bladed. The simulation results of the blade root load and the power curve of aerodynamic performance on the wind turbine are obtained. The Comparison between simulation results and original design shows the aerodynamics performance analyses method is viable.Key words ：wind turbine ；blade ；aerodynamics performance1 引言风能是一种清洁、用之不竭的能源。
风力机柔性叶片翼型的气动特性研究
８
°,所计算的攻角范围为 ８
°≤α ≤９０
°;
CDs 为对应开始失
速攻 角 的 阻 力 系 数;
CLs 为 对 应 开 始 失 速 攻 角 的 升 力
系数.
图 ４ 叶片翼型尾缘柔性襟翼
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机大型化是现代风电机组发展的必然方向.单机
吻合较好.
关键词:柔性叶片;翼型;柔性变形;气动性能;修正公式
中图分类号:
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DOI:
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风力发电机组叶片模型气动载荷研究的开题报告
风力发电机组叶片模型气动载荷研究的开题报告一、研究背景和意义随着全球能源危机的日益加剧和环境污染问题的突出，风力发电逐渐被视为一种具有重要发展前途和广阔市场前景的清洁能源。
风力发电机组中的叶片是其最核心的部件之一，其质量和结构直接决定了发电效率和性能。
在风力发电机组叶片设计过程中，需要对其气动载荷进行研究，以便对其进行优化设计和改进，提高其效率和安全性能。
二、研究内容和方法本文将通过模拟风力发电机组叶片模型在风场环境下的运动状态，研究其在不同风速和角度下的气动载荷，探究气动力学特性和机械结构特性之间的相互作用关系，最终得出叶片的结构设计和优化方案。
具体研究方法包括：建立数学模型和力学模型，进行计算机模拟和仿真实验，采集数据和测试结果，进行数据处理和分析，得出结论和建议。
三、研究成果和预期目标通过本研究，预期将得到以下成果：1.建立风力发电机组叶片模型气动载荷仿真模型，模拟不同工况下的叶片运动状态；2.提出针对叶片气动载荷改善措施和优化设计方案；3.探究风电叶片气动力学特性和机械结构特性之间的相互作用关系，提升风电叶片性能和安全性能；4.为我国风力发电产业提供技术支持和指导，促进风力发电产业发展和环境保护。
四、研究计划和进度安排本研究总共分为以下四个阶段：1.文献调研和理论分析：2022年2月至2022年5月（完成）；2.建立数学模型和力学模型：2022年6月至2022年8月（完成）；3.进行计算机模拟和仿真实验，采集数据和测试结果，进行数据处理和分析：2022年9月至2023年3月（进行中）；4.得出结论和建议，整理报告：2023年4月至2023年6月（计划中）。
五、潜在的困难和挑战在研究过程中，可能会出现一些挑战和困难，如叶片材料和制造工艺的选择和优化、数学模型和力学模型的建立和验证、实验数据的采集和分析过程中的误差和不确定性等问题，需要进行合理的解决方案和方法。
六、结论本文旨在研究风力发电机组叶片气动载荷和优化设计，提高风力发电机组的效率和性能，为我国风力发电产业的发展提供技术支持和指导。
基于叶素理论的2MW风力发电机叶片外形设计及气动分析
基于叶素理论的2MW风力发电机叶片外形设计及气动分析作者：张皓来源：《科技与创新》2016年第14期摘要：风力发电机叶片是风力发电机组的关键零部件之一，其气动性能在很大程度上决定了风力发电机组运行的可靠性。
根据动量-叶素理论，采用Wilson设计方法设计叶片气动布局，以获得叶片气动数学模型。
同时，通过对叶片的气动性能分析验证了该设计方法的有效性。
研究结果为提高风力发电机发电效率、降低故障率提供了一定的理论基础，也为工程实践时叶片的选型提供了参考。
关键词：风力发电机；叶片；动量-叶素理论；气动分析中图分类号：TM315 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2016.14.122大功率的风力发电机，比如2 MW风力发电机的叶片需要从外形气动设计方面入手分析，从2D和3D理论方面进行研究。
目前，对其的研究已经形成了比较成熟的理论方法，比如基于叶素-动量（BEM）理论的数学建模研究等。
现在分析的理论基本上是在实验室研究的，或是根据近似的经验得出的理论数学模型。
一般情况下，其适用是有一定前提条件的。
因此，进一步深入研究大功率风力发电机叶片外形气动方面的内容，提炼出更加符合实际复杂情况的理论研究才是今后的主流发展方向。
1 风力发电机叶片外形的数学建模应用动量理论、叶素理论可得：.式（2）（3）中：Nb为叶片数；r为翼型的叶素面距离叶根的位置；R为风轮直径；c为弦长。
当轴向诱导因子为0～0.4时，式（1）是比较可靠的。
当轴向因子大于0.4时，动量-叶素理论不再适用。
当a>0.4时，式（1）为普朗特因子F=1时成立的表达式。
当普朗特因子F2 2 MW风机叶片外形轮廓参数要想设计风机叶片的外形轮廓，就需要得到叶片的翼型、尖速比、运转的额定功率，风轮直径，叶片的数量，叶片的弦长和安装角。
本文根据风场的实际运行工况，以2 MW风力发电机需用的叶片进行理论研究可知，风力发电机的额定功率P=2 MW，风场当地自然的额定风速v=12 m/s，设定风能利用系数Cp=0.42.此时，选用的风力发电机的电机效率和传动效率乘积为η1η2=0.9.2.1 计算叶片的风轮直接式（5）中：P为额定功率，取2 MW；ρ为空气密度，取1.25 kg/m3；v为风场当地自然的额定风速，取12 m/s；Cp为风能利用系数，取0.42；η1η2为选用的风力发电机的电机效率和传动效率乘积，取0.9；D为到叶根的距离。
风力发电机组风机叶片气动特性分析与优化设计
风力发电机组风机叶片气动特性分析与优化设计第一章：引言引言部分介绍了风力发电作为清洁能源的重要性和发展现状，以及风机叶片气动特性分析与优化设计的研究背景和意义。
第二章：风机叶片气动特性分析的基本原理本章主要介绍了风机叶片气动特性分析的基本原理，包括流体力学基本理论、风机叶片流场模型、风机叶片气动力学方程等内容。
第三章：风机叶片气动特性分析的数值模拟方法本章介绍了风机叶片气动特性分析的数值模拟方法，包括计算流体力学（CFD）方法、雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程模拟等方法，并对各种方法的优缺点进行了比较和分析。
第四章：风机叶片气动特性分析的实验方法本章介绍了风机叶片气动特性分析的实验方法，包括风洞试验、气动力测量技术、流场可视化等内容，并对各种方法的应用范围和限制进行了详细说明。
第五章：风机叶片气动特性分析的影响因素本章主要讨论了影响风机叶片气动特性的各种因素，包括风速、风向、风轮转速、叶片设计参数等，并对这些因素对风机性能的影响进行了系统的分析和讨论。
第六章：风机叶片气动特性分析的优化设计方法本章介绍了风机叶片气动特性分析的优化设计方法，包括改变叶片几何形状、优化叶片结构材料、提高风机传动效率等方法，并对这些方法的效果和应用前景进行了评价和展望。
第七章：风机叶片气动特性分析与优化设计的应用实例本章通过实际案例分析，介绍了风机叶片气动特性分析与优化设计在实际工程中的应用，包括风场风力发电站、海上风力发电站等领域，并对其应用效果进行了评估和总结。
第八章：结论和展望结论部分对本文进行了全面总结，并对未来风机叶片气动特性分析与优化设计的发展方向进行了展望，包括研究方法的改进、试验设备的完善、理论模型的进一步优化等建议。
参考文献：本文参考了大量相关领域的研究成果和学术文献，详细列出各类参考文献，以供读者深入了解和进一步研究。
（注：本文章提供的是一个大致的框架和章节划分，具体内容和细节需要根据实际情况进行补充和完善。
基于CFD的大型风力发电机组叶片气动性能研究
基于CFD的大型风力发电机组叶片气动性能研究盛振国;李陈峰;任慧龙;刘小龙【摘要】为了研究大型风力发电机组叶片的气动性能,提出了基于CFD技术的叶片气动性能分析方法.该方法采用RANS方程结合SST湍流模型,以实现对大型风机叶片二维翼型气动性能和三维气动性能的分析预报.在此基础上,采用二维方法分析了NACA64-618翼型-180°～180°攻角下的气动性能,获得了其失速攻角,与试验数据的比较证明了该方法的准确性；建立了2MW大型风机三维叶轮模型,采用三维方法分析了其气动性能,与GHBladed软件计算结果比较证明了三维方法的可行性.最后,对2MW风机翼型进行了优化,改善了其气动性能.研究方法对于大型风机叶片的设计,优化及新翼型的开发具有重要参考价值.%In order to research the aerodynamic performance of a large wind turbine blade, a new analysis method was proposed based on CFD technology for prediction of 2D blade and 3D blade aerodynamic performance. The a-nalysis combined a RANS equation and SST turbulence model. Using the 2D method, the aerodynamic performance of a NACA64 -618 wing type aerofoil was analyzed under the - 180?~ 180?angle of attack, and thereby the stall angle was obtained. The comparison with the test data shows that this method is accurate. Then a 3D impeller model of a 2MW big wind turbine was set up, and relevant aerodynamic performance was analyzed by the 3D method. By comparison with the result obtained by the GHBladed software, the feasibility of the 3D method was proven. Based on this finding, the 2MW wind turbine aerofoil was optimized, improving its aerodynamic performance. The research method has an importantreference value for the design and optimization of a large wind turbine blade and the development of a new aerofoil.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2012(033)005【总页数】6页(P595-600)【关键词】风电机组叶片;翼型;计算浪体力学;气动性能【作者】盛振国;李陈峰;任慧龙;刘小龙【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;中国船级社产品设计评估中心,北京100006;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;中国船舶科学研究中心,江苏无锡214082【正文语种】中文【中图分类】TK89随着能源和环境问题日益突出，储量丰富、无污染、可再生的风能逐渐受到人们的重视［1］.风力发电机是将风能转换为电能的机械装置，叶片是其重要组成部分.叶片以及叶轮的气动性能直接决定了风力发电机组的效率.目前，国内外有关大型风力发电机组叶片气动性能研究有风洞试验和数值模拟两种方法［2-3］.风洞试验数据可靠，但成本高、周期长，且单个获得的流场信息有限.数值模拟方面，主要借鉴螺旋桨理论，建立了经典的叶素动量理论［1］(blade element-momentum，BEM).目前大多风力机气动性能计算软件是基于叶素理论开发的，叶素理论实质上是把叶片当作标准的二维问题来处理，难以真实地反映翼型的三维旋转效应和动态失速等影响.随着计算机技术的发展以及三维湍流技术的提高，计算流体力学方法(CFD)在研究复杂流场特性中起着越来越重要的作用，但在风机气动性能研究中的应用仍处于起步阶段［4］.Sorensen等［2-3］使用不可压缩RANS方法预报了风机叶片的性能，与试验结果吻合较好.Madsen等［5］研究了偏航对气动负荷的影响.与BEM相比，CFD方法可以考虑三维旋转效应引起的失速延迟现象和动态失速的影响，直接获得翼型的三维气动特性和风轮周围详细的流场特性，尤其对于新翼型的设计，不需要经验值，即可得到功率特性.根据大型风力发电机组叶片的特点，采用CFD技术，基于RANS方法耦合SSTk-ω湍流模型，建立了风机叶片气动性能分析方法，给出了二维翼型和三维叶轮气动性能分析的网格生成、边界条件与数值求解方法等.采用本文方法对NACA64-618翼型的二维气动性能和2MW风机叶片三维气动性能进行了分析，与试验值及GHBladed软件计算结果的比较证明了有关方法的准确性，在此基础上对2MW风机翼型进行了优化，完善了其气动性能.1 风机气动性能的CFD数值模拟技术1.1 控制方程流体连续性方程和RANS方程如下:式中:ui、uj为速度时均量;为速度脉动量;ρ为密度;μ为流体粘性系数;p为压力.其中，对于二维问题，i=1，2;三维问题，i=1，2，3.由于风机叶轮为三维旋转对称结构，因此将控制方程转化到旋转坐标系下.对于静止坐标系下的描述速度场的绝对速度V与旋转坐标系下描述速度场的相对速度Vr 之间的关系如下:式中:Ω为指角速度向量(即旋转坐标系的角速度);r是旋转坐标系中的位置向量.连续性方程:动量方程:式中:τ是应力张量，它包含粘应力和湍流应力2部分.对于湍流应力项采用涡粘性进行描述，即:式中:μt为涡粘性系数，计算采用Spalart-Allmaras湍流模式.1.2 SSTk-ω湍流模型对于翼型气动性能的 CFD分析，SSTk-ω模型［6］是常用的湍流模型之一，它混合了k-ω模型和k-ε模型，使得该湍流模型同时具有了k-ε模型计算近壁面区域粘性流动的可靠性和模型计算远场自由流动的精确性.式中:Γk和Γω为扩散系数，μt为涡粘性系数，Gk和Gω为湍流产生项，Yk和Yω为湍流耗散项，α*为低雷诺数修正系数，σk和σω分别是k和ω对应的湍流普朗特数，Dω为扩散项.2 二维翼型气动性能分析风力机叶片都是三维的，但是数值计算中三维计算所需的网格数较多、占用的计算机资源较多、计算周期较长.为了计算快捷，工程中很多计算都以二维翼型为研究对象，将空间流动简化成了平面流动.2.1 二维翼型气动性能分析参数设置2.1.1 坐标系定义坐标原点角度的定义如图1所示.所有坐标以弦长为特征长度进行无量纲化，因此，翼型前端为x=－0.5，翼型后端为x=0.5.图1 坐标系的定义Fig.1 Definition of coordinates2.1.2 网格生成与控制在数值计算中，计算网格的质量直接影响到计算结果的精度和收敛性.对于二维翼型分析，采用的网格种类为多块结构化网格，网格数量控制在6× 104左右.在靠近翼型处网格适当加密，以便能够较精确的模拟壁面附近的流动.整个网格分布及翼型尾部网格放大见图2.在后缘处由于考虑强度和稳定性方面问题时，经常处理为随边厚度不为0.法;离散得到的代数方程使用Gauss-Seidel迭代求解.图2 网格划分示意Fig.2 Computational grid domain of airfoil2.2 二维翼型气动性能算例分析NACA64-618翼型是目前较为成熟的一种翼型，本文对该翼型在攻角范围－180°～180°的气动性能进行了分析，并与试验结果［7］进行了比较，如图3所示.相关计算参数为:变桨转矩中心位于0.25倍弦长处;雷诺数为3.0×106;计算条件取标准空气密度1.225 g/m3，空气运动粘性系数取1.789 4×10－5.图3 NACA64-618翼型在－180°～180°的气动特性曲线Fig.3 Aerodynamic performance of airfoil NACA64-618 at attack angle－180°～180°2.1.3 求解区域和边界条件整个计算域为进流段和去流段都为10倍弦长，而侧面为6倍弦长，具体为10L×6L×10L，其中L为弦长.边界条件为:1)进口边界条件:其速度等于来流速度，即V=V∞;2)出口边界条件:压力出口，假定压力等于大气压;3)外场边界:外场边界的设置与进口边界条件一致;4)物面条件:叶片表面设定为无滑移边界条件，即V=0.2.1.4 数值计算方法二维翼型气动性能分析通过直接求解二维粘性不可压RANS方程，微分方程的离散使用有限体积法，其中对流项采用二阶迎风差分格式，扩散项采用中心差分格式;压力和速度耦合采用的SIMPLE方由于试验［7］只给出了小攻角范围内的有关升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数.从图3可以发现，当攻角较小时，翼型的升力系数随着攻角的增大而增大;攻角为14°时翼型的升力系数达到最大值，随着攻角继续增加，翼型的升力系数开始下降，而阻力系数则急剧上升，翼型的气动性能开始恶化.NACA64-618翼型在雷诺数为3.0×106时的失速攻角应该在14°附近，理论结果与试验结果吻合.分析大攻角下理论计算结果可以发现，此时的气动性能呈非定常特性.实际应用时，需要将有关气动性能在攻角度范围－180°～180°进行光顺处理，再导入GHBladed或Focus 等风机分析软件应用.阻力系数和俯仰力矩系数基本对称，存在的差异主要由于翼型有拱度，不是完全对称剖面.3 三维叶轮气动性能分析二维方法可以较快捷的计算翼型的气动性能，但是该方法无法考虑叶片的三维效应，尤其当攻角达到或超过失速攻角时，叶片表面失速旋涡具有极强的三维性，采用三维方法可以更真实地模拟流场，获得风机的气动性能.3.1 三维叶轮气动性能分析参数设置3.1.1 计算区域和网格划分整体计算域圆柱体区域，见图4.进口在风机前3.1D，出口在风机后5.168D，圆柱半径3.1D，其中为风轮直径.长度方向为X方向，向下游为正，Y方向为叶片参考线方向，半径朝外方向为正，Z方向满足右手法则.坐标原点在风轮的旋转中心，风轮截面垂直于X轴，迎着来流.计算区域整体上被分为2个子区，包围叶轮的圆饼型旋转区域和其他部分的静止区域.在静止区域主要以结构化网格进行剖分.对于旋转区域网格形式以非结构网格为主，在叶片根部、梢部及导随边进行了网格加密.图4 计算区域外围网格示意Fig.4 Computational grid domain of wind turbine blade3.1.2 边界条件和初始条件计算区域的进口为速度进口边界条件，速度值设为来流风速.在计算域的上边界也同样设为进口速度边界条件.在计算域的出口为压力出口边界条件，压力值设为环境压力.计算区域的两个侧面设为周期边界条件.叶片和轮毂表面设为不可滑移物面边界.这里不考虑地面的边界层效应，所以地面设为滑移物面边界.计算初始值全域使用统一的来流风速.3.1.3 数值计算方法控制方程采用有限体积法进行离散，离散过程为在网格单元上对控制方程实施积分从而得到离散的代数方程组.这种离散方法可以保证控制方程的守恒性，具有较高的离散精度，可以方便地处理复杂几何问题.在离散的过程中对流项使用二阶迎风格式，扩散项采用二阶中心格式，时间项采用一阶隐式格式，对于压强和速度的耦合采用SIMPLE算法.离散代数方程采用逐点Gauss-Seidel迭代法求解，并且采用代数多重网格方法加快求解的收敛速度.3.2 三维叶轮气动性能算例分析3.2.1 对象描述2MW风机叶轮的几何参数、运行参数等相关说明见表1.叶根到叶梢的翼型剖面轮廓线和三维几何造型见图5.表1 2MW风机特性描述Table1 Description of 2MW wind turbine characteristics/m 92叶片数Z 3叶根圆柱半径/m 1.2切入风速/(m·s－1) 3切出风速/(m·s－1) 25额定风速/(m·s－1) 11.7额定转速/(r·min－1) 15设计尖速比6.243风机等级 II类风机特性参数数值直径D图5 叶片的几何建模Fig.5 Geometrical modeling of wind turbine blade3.2.2 计算结果与分析基于三维方法，建立了2MW风机叶轮的气动性能分析模型，对额定风速下的流场及叶片气动性能进行了分析.图6为叶片的压力分布云图，可以发现:1)叶片迎风面所受风压为正压(压力面)，而背风面基本处于负压(吸力面).由伯努利效应得知:流速越快，压力越低;流速越慢，压力越高.因而叶片背风面风速大于迎风面风速.叶片迎风面压强高于大气压产生压力，背风面压强低于大气压产生吸力，由此对翼型产生升力，这也是叶片能够旋转的原因.2)叶片迎风面，沿着翼型曲线前缘至后缘，压力变化平缓，而背风面压力变化迅速.产生这种分布的原因是翼型截面曲率导致的，当来流流经翼型表面时，翼型几何特性引起了翼型表面来流风速的变化，因而造成了压力分布的相应变化.图6 叶片压力分布云图Fig.6 Pressure distribution on turbine blade图7为叶表面的速度矢量图，可以观察到翼型绕流现象，且背风面风速大于迎风面风速.图7 叶片速度矢量图Fig.7 velocity vector distributions on turbine blade图8为叶尖速比－风能利用系数特性，与GHBladed软件计算结果比较可以发现:两者计算结果较为接近，趋势一致，但理论值略小.这是由于本文CFD计算采用粘流RANS方程，而GHBladed软件基于叶素理论，因此在旋转方向的阻力分量的理论计算较软件大，得到转矩比软件小，因此CFD计算得到的叶片吸收功率比GHBladed计算值要小.图9为叶尖速比－推力系数特性，理论计算结果与软件计算结果相当，理论值略小，这是由于推力分量中，升力贡献占主要部分，阻力分量的差异导致软件计算结果的偏大.图8 叶尖速比-风能利用系数特性Fig.8 Characteristics of TSR-Cp为了减小尾流的诱导损失，风叶片环量的设计分布一般采用叶根和叶梢卸载，将载荷尽力均分到叶片中间区域［8］.图10为2 MW风机的叶片环量无因次化后的径向分布，它反映了叶片径向载荷的变化趋势，叶片载荷最大位置在0.4R处.从图中可以发现，2 MW风机叶片的环量分布还是比较合理的.为了将其径向环量更均匀地分布到叶片中间区域，作者调整了叶片中间区域的弦长和扭曲角，使叶片环量在中间分布得更均匀，计算结果表明优化方案在设计尖速比附近的Cp比原型提高了3%左右.图9 叶尖速比-推力系数特性图Fig.9 Characteristics of TSR～CT图10 叶片环量无因次化后的径向分布Fig.10 Distribution of circulation along radii of wind turbine blade4 结论本文基于CFD技术，建立了大型风力发电机组叶片气动性能分析方法，通过算例分析与比较，得到了以下结论:1)小攻角下的二维气动性能分析与试验结果吻合良好，大攻角下的气动性能计算结果趋势合理，证明本文建立的二维翼型气动性能分析方法是可行的，可为风机分析软件提供重要的气动输入数据;2)2MW风机叶轮的三维气动性能计算结果与GHBladed软件吻合良好，证明本文建立的三维翼型气动性能分析方法也是可行的.压力分布与速度矢量分布显示三维方法可以更真实地模拟流场，考虑叶片的三维效应.对2MW风机叶片翼型的优化，进一步体现了三维方法的优势.因此，基于CFD技术，采用RANS方程耦合SST湍流模型，预报二维和三维翼型的气动性能是可行的.本文研究成果对于大型风力发电机组叶片气动性能的设计与优化具有一定的参考价值.参考文献:【相关文献】［1］刘万馄，张志英，李银凤.风能与风力发电技术［M］.北京:化学工业出版社，2006:1-24. ［2］SORENSEN N，MICHELSEN J.Aerodynamic predictions for the unsteady aerodynamics experiment phase II rotor at the national renewable energy laboratory ［EB/OL］.［1999-01-11］./publications/files/S?rensen_AIAA1999.pdf.［3］SORENSEN N，MICHELSEN J，SCHRECK S.Navier-Stokes predictions of the NREL phase VI rotor in the NASA Ames 80-by-120 wind tunnel［C］//ASME 2002 Wind Energy Symposium.Reno，USA，2002:94-105.［4］李仁年，李银然，王秀勇，等.风力机翼型的气动模型及数值计算［J］.兰州理工大学学报，2010，36(3):65-68.LI Rennian，LI Yinran，WANG Xiuyong，et al.Aerodynamic model of airfoil for wind turbine and its numeric computation［J］.Journal of Lanzhou University of Technology，2010，36 (3):65-68.［5］MADSEN H，SORENSEN N，SCHRECK S.Yaw aerodynamics analyzed with three codes in comparison with experiment［C］//ASME 2003 Wind Energy Symposium.Reno，USA，2003:94-103.［6］MENTER F R.Multiscale model for turbulent flows［C］// AIAA 24th Fluid Dynamics Conference.American Institute of Aeronautics and Astronautics.Orlando，USA，1993:1-21. ［7］ABBOTT I H，VON DOENHOFF A E.Theory of wing sections［M］.New York:Dover Publications，INC.，1959: 428-430.［8］TONY B.风能技术［M］.北京:科学出版社，2007:74-76.。
风力发电机组叶片模型气动载荷研究
风力发电机组叶片模型气动载荷研究以国家自然科学基金资助项目《风力发电机风轮系列化的实验与研究》[批准号:59776033]为资助,针对我国兆瓦级风力发电机组风轮叶片存在问题,进行了兆瓦级风力发电机组风轮叶片基础实验研究。
研究是采用车载法对1MW、1.5MW、2MW风力发电机组叶片模型的气动载荷特性、发电机及发电机组功率输出特性进行实验研究,并将1.5MW实验结果与ANSYS程序的风力机叶片气动载荷分析结果进行对比分析,分析研究叶片气动载荷对叶片设计的影响,初步建立兆瓦级风力发电机系列化机组的关键参数的理论设计。
课题组前期对风力发电机组进行大量基础工作,设计制造了200kW的大型风力发电机组叶片,并在沈阳试运行,效果良好。
在此研究基础上,设计了1MW、1.5MW、2MW风力发电机组新型专用叶片,并制造加工1MW、1.5MW、2MW实验叶片模型。
采用车载法和应变片测试技术,根据国标GB/T 10760.2—89规定,3m/s、5m/s、7m/s、9m/s、11m/s、13m/s、15m/s、17m/s、19m/s九种风速对装有叶片模型的风力机功率输出特性、风力机叶片模型的气动载荷特性参数进行了测试,对实验结果进行了理论分析研究。
三种叶片模型均采用100W的风力发电系统,测试截面选择6个截面。
以1.5MW叶片模型截面位置布置尺寸为准,1MW、2MW叶片模型截面位置尺寸按照相似比例确定。
实验研究结果表明:在风力机设计中,桨距角是一个重要参数,其对风力机气动特性有较大影响。
在1.5MW叶片模型的实验中,设计风速12m/s和桨距角为30°时,风力机输出功率78.6W。
对1MW、2MW叶片模型风力机的起动性能试验发现,起动风速分别为5.4m/s、3.5 m/s。
显然, 2MW叶片模型风力机起动性能较好。
对于静载试验,在使用载荷时,1.5MW叶片模型各截面变形位移较小,叶片刚度较大;在设计载荷时,叶片截面位移仍随着风轮半径增大呈线性增加趋势,但截面位移增长速度较快,表明叶片刚度下降显著。
2MW风力机用47.5m叶片的结构设计的开题报告
2MW风力机用47.5m叶片的结构设计的开题报告题目：2MW风力机用47.5m叶片的结构设计的开题报告一、题目背景随着可再生能源的重要性逐渐被提高，风力发电作为其中重要的方式之一也得到了广泛的应用。
其中，风力机的叶片作为风能转换的核心组成部分，其结构设计对风力机的性能和耐久性具有至关重要的影响。
本课题将针对一款2MW风力机在47.5m叶片上的结构设计进行研究和分析。
二、研究内容1. 2MW风力机的整体架构设计2. 47.5m叶片的材料选用及结构设计3. 叶片的静态和动态分析4. 叶片的气动性能分析5. 叶片的结构优化设计三、研究意义风力机的叶片是整个机组中效率和强度影响最大的单项元件，因此对其进行科学的设计和优化可以显著提高风力机的发电效率和使用寿命，对可再生能源的开发和利用具有重要的意义。
四、研究方法1. 文献调研通过文献调研了解国内外关于2MW风力机的叶片结构设计的相关研究成果，为后续的研究提供必要的基础知识和技术参考。
2. CAD建模与静态模拟进行2MW风力机的整体架构设计和叶片的结构设计，并进行静态模拟，分析叶片的应力分布、变形情况等。
3. 气动性能分析通过计算流体力学软件对叶片进行求解，获得叶片表面的压力分布和升阻曲线等。
4. 结构优化设计结合静态模拟和气动性能分析的结果，针对叶片的结构进行优化设计，使其在保证承载性能的同时，最大化发电效率。
五、进度计划1. 第一阶段（1~2周）：对相关文献进行调研，研究国内外同类项目的设计和优化情况，并对CAD建模软件和计算流体力学软件进行熟悉和学习。
2. 第二阶段（2~3周）：进行整体架构设计和叶片的材料选用及结构设计，进行静态模拟，并进行初步的气动性能分析。
3. 第三阶段（2~3周）：进一步完善气动性能分析，并进行叶片结构的优化设计。
4. 第四阶段（1~2周）：总结优化设计的结果，撰写论文并进行答辩。
六、预期成果1. 2MW风力机用47.5m叶片的结构设计方案2. 叶片的静态和动态分析结果3. 叶片的气动性能分析结果4. 叶片的结构优化设计结果5. 一篇研究论文并进行答辩七、研究成果的意义1. 为2MW风力机用47.5m叶片的结构设计提供了一定的参考和技术支持。
风力机叶片气动性能设计研究
风力机叶片气动性能设计研究李文浩;余波;张礼达;崔军玲【摘要】In blade design parameters of wind turbine,the blade chord length,twist angle and the airfoil distribution along blade direction has a very important influence on the aerodynamic performance of blade.Based on momentum-blade theory,the wind turbine aerodynamic performance calculation program is compiled.in which,the blade loss.thrust correction and the change of angle of attack caused by different blade thickness and width are considered.Taking blade chord length,twist angle and the position of main airfoils as variables,and maximum wind energy utilization coefficient as object,the wind turbine blade aerodynamic design method is developed based on Genetic Algorithm.An example calculation obtaining a wind turbine blade with a wind energy utilization coefficient of 0.480 7 proves the feasibility of method.%在风力机组叶片的设计参数中,弦长、扭角和主要翼型沿叶片展向的安放位置对叶片的气动性能有着极其重要的影响.基于动量叶素理论,考虑叶片损失、推力修正和叶片厚度、宽度对叶素攻角的改变等因素,编写了风力机气动性能计算程序.发展了基于遗传算法,以叶片弦长、扭角和主要翼型沿叶片展向安放位置作为变量,以风能资源利用系数最大化为目标的风力机叶片气动性能设计方法.并给出算例,得到一种风能利用系数为0.480 7的风力机叶片,证明了该方法的可行性.【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2017(043)012【总页数】5页(P79-82,100)【关键词】风力机叶片;气动设计;遗传算法;翼型分布【作者】李文浩;余波;张礼达;崔军玲【作者单位】西华大学能源与动力工程学院,四川成都610039;西华大学能源与动力工程学院,四川成都610039;西华大学能源与动力工程学院,四川成都610039;西华大学能源与动力工程学院,四川成都610039【正文语种】中文【中图分类】TM614风力机气动设计的任务就是利用合理的风轮气动计算方法来配置合理的叶片参数(如翼型的选择、翼型的布置、弦长和扭角的分布)，从而达到提高风能利用系数的目的［1］。
基于叶素动量理论的风力机气动性能计算分析
2 如图 2 所示为叶素所受作用力示意图，对单个叶片，垂直于 v 0 方向的升力 dFL 1 cv0 C L dr ， 2 2 平行于 v 0 方向的阻力 dFD 1 cv0 C D dr 。 2
考虑叶片数目 B 后，在叶素 r 处 d r 微段的轴向推力和扭矩分别为：
dT B (dFL cos dFD sin ) 1 2 Bcv0 (C L cos C D sin )dr 2
dT 4v1 a(1 a)rdr
2
（6） （7） （8）
dM 4v1b(1 a)r 3dr
dP dM
把叶素理论和动量理论结合起来[4],式（4）=式（6） ，式（5）=式（7） ，可得到：
a Bc Cn 1 a 8r sin 2
（9） （10）
Ct b Bc 1 b lauert建立了经典的叶素动量理论[2]，并应用到了叶片设计和气动性能计算中。本文基于 叶素动量理论，考虑了叶尖损失和轮毂损失修正、攻角修正、推力系数修正和风剪切修正，对经典 的叶素动量理论进行改进,通过软件Matlab编程进行气动性能特性计算，其结果可以为风力机的气动 设计研究和评估工作提供参考。
根据式（9）和式（10）可以通过迭代法求解轴向诱导因子 a 和周向诱导因子 b ；从而计算出风 力机风轮上的力、力矩及功率。
2 叶素动量理论修正
由于叶素动量理论的假设前提为叶片数为无穷，在叶素上的流动为定常，桨盘上的诱导速度是 均匀等，因此叶素动量有其局限性。实际上，风力机气动性能计算需要考虑各种因素，如叶尖损失 和轮毂损失修正、攻角修正、推力系数修正和风剪切修正等。
4 计算结果分析
计算选定额定功率为 1500kW 的变桨距水平轴风力机，其风轮的基本参数见表 1. 采用 Matlab 软件编程进行叶片气动特性计算，可以得到风速范围 4-25m/s 的风力机的气动性能和叶片载荷分布。
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新能源专题2009年第8期682MW 风电机组叶片气动性能计算方法的研究刘 勋 鲁庆华 訾宏达 孙伟军（北京北重汽轮电机有限责任公司，北京 100040）摘要 本文以某2MW 风电机组的叶片为实例，总结出一套工程上实用的叶片气动性能分析的方法。
使用XFOIL 和Fluent 软件，对叶片不同截面的翼型计算了小攻角范围内的气动性能，并对两种计算结果进行对比分析；在翼型小攻角气动性能的基础上，利用Viterna-Corrigan 修正将翼型的气动性能扩展到±180°全攻角范围。
使用这些全攻角翼型气动性能数据，在Bladed 软件中建立风电机组的叶片模型，分析计算该叶片的气动性能、整机功率曲线等性能。
通过最终计算结果与原设计值对比，表明采用该方法分析风电机组叶片的气动性能是可行的。
关键词：风力发电机；叶片；气动性能The Research of Aerodynamics Performance Calculation Method of2MW Horizontal Wind Turbine BladesLiu Xun Lu Qinghua Zi Hongda Sun Weijun（Beijing Beizhong Steam Turbine Generator Co., Ltd, Beijing 100040）Abstract A suit of aerodynamics performance analyses method in the practical engineering calculation is obtained by research the blade of a 2MW horizontal axis wind turbine. With the software of XFOIL and Fluent, the aerodynamic performances of airfoil in the small angle of attack arrange are calculated in the different radial location. The XFOIL and Fluent calculation results are compared. On the base of the small angle of attack arrange, using the Viterna-Corrigan post stall modified, the aerodynamic performances of the airfoil are extended from -180°to +180°angle of attack range. With the XFOIL calculation data of all angle of attack range, the blade models of this wind turbine are founded in the software of bladed. The simulation results of the blade root load and the power curve of aerodynamic performance on the wind turbine are obtained. The Comparison between simulation results and original design shows the aerodynamics performance analyses method is viable.Key words ：wind turbine ；blade ；aerodynamics performance1 引言风能是一种清洁、用之不竭的能源。
风能不仅储量丰富，而且分布广泛。
2006年国家气候中心对我国风能资源进行评价，得到的结果是：在不考虑青藏高原的情况下，全国陆地上离地面10m 高度层风能资源技术可开发量为25.48 亿kW [1]。
此外，风能的开发相较与其他新能源也更为容易。
因此，近年来，风力发电得到了国家、社会、各投资研发机构的高度关注，而风电产业也进入了高速发展的时期。
风力发电机组通过叶片吸收风能，将其转化为传动链的机械能。
风机叶片的设计是兆瓦级大型风电机组的最为重要的关键技术之一。
而叶片气动性能计算是风机叶片及风电机组设计和校核中的重要环节。
目前比较成熟叶片气动分析方法是基于叶素动量理论（BEM ），并针对风机叶片特点在该理论上作了相应的经验修正。
而Bladed 软件正是以该方法为基础开发的风机性能计算商用软件，已广泛用于风机叶片及风机机组的设计、认证。
通过这些方法及软件作风机叶片的气动性能分析，都需要获得叶片所用翼型的气动特性曲线，如升力、阻力系数曲线等。
通常，各类翼型的这些气动特性都是在风洞中实验获得，其实验过程需要专业的设备，且周期长费用高。
此外，风机专用低速翼型，如DU 系列、FFA-W 系列、Risø-A1系列，其气动特性通常是不公开的。
本文以某2MW 变速变桨风电机组为实例，通过数值模拟的方法得到该机组叶片所用翼型的气动特性曲线，弥补了实验方法的不足。
在此计算结果的基础上，通过Bladed 软件建模分析，获得该风电新能源专题2009年第8期 69机组工作性能曲线，进而总结出一套工程上实用的叶片气动性能分析的方法。
并通过与原设计值进行对比分析，验证该方法的准确性。
2 翼型的气动特性计算随着计算机技术的不断发展，采用CFD 方法计算风力机翼型参数的方法得到了很大的推广，解决了通过实验获得数据的局限，然而CFD 方法在计算翼型边界层流动中，由于流动分离，二维模型计算结果与实验偏差较大，采用三维计算受到计算机硬件的限制，同时计算时间较长，耗时耗力，目前在工程中应用有很大的困难[2]。
XFoil 是亚音速翼型分析和设计软件，在风机专用翼型设计方面也有广泛应用[3]。
在翼型失速前的小攻角范围内，该软件计算结果与实验数据有很好的一致性[3-4]。
在翼型失速点附近，XFoil 计算升力系数较实验值略为偏大。
对于变速变桨风电机组，叶片设计工作点一般处于最大升阻比附近，此时使用XFoil 计算的翼型气动特性曲线是可靠的。
该叶片使用优化后的DU-xx 系列和NACA 636xx 系列翼型，通过XFoil 计算，得到这些翼型的气动特性曲线，如图1所示（以DU-25为例）。
其中，计算时雷诺数为6×106，马赫数0.2。
图1 DU-25翼型升力、阻力系数曲线同时，作为对比，本文使用Fluent 软件分析了DU-25翼型气动特性。
计算采用C 型结构化网格，10倍弦长的压力远场计算区域，如图2所示。
攻角为5°角。
计算得到升力系数为0.84，XFoil 计算值为0.9。
翼型压力分布对比如图3所示。
图2 流场网格结构图3 翼型表面压力分布对比3 Viterna-Corrigan 修正风电机组运行的环境复杂多变，其叶片并不总是工作在正常工况下。
风可能以各种角度吹向叶片。
因此，在分析风机叶片在各种工况下气动性能时，获得翼型的±180°全攻角范围的气动特性曲线是必要的。
通常我们可以通过Viterna-Corrigan 修正的方法[5]，将小攻角范围内的翼型气动特性系数外推至全攻角范围。
该方法假定大攻角时翼型的气动特性与平板类似，此时气动系数只与平板的展弦比有关。
Viterna-Corrigan 修正方法描述如下[6]：在0~90°攻角范围内，大攻角翼型的升力、阻力系数可由下式得出D max Dmax 2.01501.110.01850C AR C AR AR =>⎧⎨=+⎩；；≤ 2D D max 2sin cos C C B αα=+2Dmax L 2C cos sin22sin C A ααα=+ 2Ds Dmax s2sC -C sin cos B αα=()s2Ds Dmax s s 2ssin -sin cos cos A C C αααα= 其中，AR 为叶片的展弦比。
下标s 表示失速攻角（当外推起始攻角大于失速攻角时，s 表示外推起始攻角）。
对于90°~180°和-180°~0°攻角范围，翼型的升力系数通过缩放和镜像0~90°的升力系数曲线获得。
对于不对称翼型，缩放系数为0.7。
攻角±180°时，升力系数为0。
其他升力系数曲线所缺部分，通过线性插值获得。
阻力系数不缩放，直接镜像获得。
外推得到±180°攻角范围的翼型气动特性如图4所示（以DU-25为例）。
4 Bladed 建模分析在上述方法得到的叶片翼型气动特性曲线的基础上，本文使用GH 公司的Bladed 商业软件，构建新能源专题2009年第8期70了该2MW 机型的叶片几何模型和部分整机模型，并作了气动性能分析。
模型的基本参数见表1。
图4 DU-25翼型±180°攻角范围升力、阻力系数曲线表1 模型的基本参数参数名称 参数值叶片长度/m 39.1 最大弦长/m 2.95 叶片投影面积/m 2 81.5叶片锥角 1° 扭角 3.2°~15°所用翼型DU-xx 系列，NACA636xx 系列风轮直径/m 80 轮毂高度/m 80 风轮仰角 5° 额定风轮转速/r/min 18功率控制 变速变桨4.1 C p -λ曲线风能利用系数综合反应了叶片的气动性能，是叶片最重要的设计参数。
图5为计算的叶片风能利用系数C p 与尖速比λ的关系图，可以看出当尖速比在8~9范围内，叶片的有最高的风能利用系数，C p 最大值为0.49。
该叶片原设计尖速比为8，理论风能利用率为0.48。
二者偏差约为2%。
图5 计算风能利用系数-尖速比特性图4.2 功率曲线、推力曲线图6~7分别为计算的标准风机功率、推力曲线与原设计标准功率曲线和推力曲线的对比图（功率曲线考虑机械和电气损失）。
两种功率曲线在中风速区域符合的很好；在低风速区，计算功率值偏小。
这是因为受Bladed 模型中发电机最低转速限制，低风速下不能保证叶片处于最佳尖速比状态，风能利用系数较低。
但该2MW 风电机组具有低转速（低于一般电机转速下限）发电功能，在低风速下也能保持较高的C p 值。
在额定风速附近，控制系统已开始驱动变桨，限制功率。
由于Bladed 模型中设置的控制模式与原设计不一致，导致该区域计算功率偏大。