风力机的翼型与叶片外形设计简介
风力机的翼型与叶片外形设计简介
风力机的翼型与叶片外形设计简介摘要关键词：风力机，翼型，叶片Introduction to aerofoil and blade shape design for wind turbine AbstractKeywords:引言叶片是风力机重要的能量转换部件，其设计和制造直接影响风力机发电机组的高效安全运行。
风力机的运行效率直接与叶片的空气动力设计有关，包括叶片长度、翼型、沿纵向翼型的分布和安装角。
1、翼型与叶片外形设计的重要性2、叶片外形设计的大概过程，强调叶片外形设计时翼型的前提作用3、给出论文的框架1.1 风力机翼型设计1.1.1风力机翼型设计发展过程及特点讲清与飞机翼型的区别翼型空气动力特性的好坏直接影响风力机的性能，翼型的形状也影响叶片的主体结构形式。
在风力机叶片翼型参数的设计过程中，各个参数的变化都会对其他参数的设计产生影响。
在设计中本着能够使单位叶素有最大的功率利用系数的原则，来选择翼型参数。
在20世纪七八十年代的风力机设计过程中，很多风力机直接采用了NACA系列中的航空翼型。
但风力机的工作条件和飞机有较大的区别，一方面风力机叶片工作时，其攻角变化范围大；另一方面风力机叶片设计要考虑低雷诺数的影响，风力机和飞机工作的雷诺数范围有所不同，其影响将就也不完全一样，过去在小型风力机设计中考虑雷诺数较少而是直接选用，以翼弦为特征长度的雷诺数在风轮径向方向是变化的，在大型叶片设计中必须给以考虑。
设计实践表明，使用航空翼型虽然可以得到很高的升阻比，但是在低雷诺数环境下，航空翼型易于发生泡式分离，从而使升阻比特性恶化。
另外，航空翼型对表面粗糙度比较敏感，在翼型几何形状由于灰尘、结冰等原因发生变化时，翼型的气动特性往往也会迅速恶化，从而不适于直接作为风力机叶片翼型使用。
因此，选择翼型常根据以下原则：对低速风轮，由于叶片数较多，不需要特殊的翼型升阻比；对于高速风轮，叶片数较少，应选择在很宽的风速范围内具有较高的升阻比和平稳失速特性的翼型，对粗糙度不敏感，以便获得较高的功率系数；另外要求翼型的气动噪声低。
风力发电机叶片形状原理
风力发电机叶片形状原理
风力发电机叶片的形状是根据物理原理设计的，主要原理是通过将风的动能转化为旋转动能，进而驱动发电机产生电能。
叶片的形状对风力发电机的效率和性能影响较大。
一般来说，风力发电机叶片采用空气动力学原理设计，以最大限度地利用风能。
根据流体力学原理，流体在受力作用下会产生压力分布，从而形成力的差异。
在风力发电机叶片上，风在进入叶片的一侧时会加速流动，并产生较低的压力，而在离开叶片的一侧时会减速流动，并产生较高的压力。
这种压力差异会导致叶片产生一个向前的推力，从而使叶片旋转。
因此，风力发电机叶片的形状设计旨在最大程度地增加这种压力差异，并提高叶片的推力。
一般来说，风力发电机叶片的形状通常被设计成空气动力学翼型，类似于飞机机翼的形状。
这种翼型通过合理的弯曲和厚度分布，可以使得风在叶片上产生较大的压力差异，从而增加叶片的推力。
此外，风力发电机叶片的切割和倾角也会对效率产生影响。
切割叶片可以减小阻力，并提高效率；而倾角的调整可以使得叶片在不同风速下都能保持较高的转速，提高适应性。
总而言之，风力发电机叶片的形状设计原理是利用空气动力学
原理，通过增加压力差异和推力，将风的动能转化为旋转动能，驱动发电机产生电能。
风力机叶片气动外形设计
风力机叶片气动外形设计摘要：风力发电机组叶片的气动特性直接影响到机组效率，考虑了风力机叶片气动损失，运用气动优化软件对风力机叶片进行了气动设计。
叶片从叶根到叶尖采用了不同翼型，以满足叶片强度和气动性能的要求。
不同翼型之间采用了样条插值后的过渡翼型。
在所设计的风力机叶片基础上，详细计算了叶片的气动性能。
计算结果与实际运行结果非常接近，表明该叶片具有良好的气动性能，满足客户的使用要求。
关键词：风力发电机组叶片；叶尖速比；翼型；弦长；扭角；气动优化软件引言风力发电是一种无污染、无需原料的清洁发电形式。
根据Betz理论，人们能从风中摄取的最大功率为风功率的59.3%[1，4]。
然而这只是在完全没有损失的理想条件下，现代水平轴风力机的最大风能利用率一般在50%左右。
叶片气动损失是导致风能利用率不能达到59.3%的重要原因之一。
因此，在风力机叶片设计中需要合理选择翼型，减小气动损失的影响。
1 叶片设计叶片气动设计的目的是降低风力机叶片的气动损失，运用气动优化软件设计考虑了风力机叶片的气动损失，同时对设计好的叶片进行了性能计算。
1.1设计要求本项目是与某整机厂合作开发，其基本参数为：空气密度：1.225kg/m3；设计等级；GL IIA；风剪切指数：0.2；入流角：8°；切入风速：3 m/s；额定风速：≤12.5 m/s；切出风速：25 m/s；叶片长度：48.8m，额定功率为2500kW。
2外形优化设计理论2.1翼型的选择叶片的中间区域采用DU翼型，其相对厚度范围为40%-25%，叶尖区域采用NACA翼型，其相对厚度范围为21%-15%。
对于厚翼型DU，其相对厚度为40%、35%、25%的翼型的最大厚度位于距前缘30%处，而相对厚度为30%的翼型有两种分别是DU97-W-300和DU00-W-300，后者的最大厚度位置偏向后缘，叶片成型时不容易光顺过渡，所以采用DU97-W-300。
叶尖区域采用NACA族翼型考虑了如下几个因素：1）叶尖区域运用NACA族翼型的叶片较多，实际运行效果良好，可供我们借鉴，而运用DU族翼型的叶片很少。
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。
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。
风力发电叶片设计原则
风电叶片的优化设计要满足一定的设计目标，其中有些甚至是相互矛盾的，如：·年输出功率最大化；·最大功率限制输出；·振动最小化和避免出现共振；·材料消耗最小化；·保证叶片结构局部和整体稳定性；·叶片结构满足适当的强度要求和刚度要求。
风电叶片设计可分为气动设计和结构设计这两个大的阶段，其中气动设计要求满足前两条目标，结构设计要求满足后四条目标。
通常这两个阶段不是独立进行的，而是一个迭代的过程，叶片厚度必须足够以保证能够容纳腹板，提高叶片刚度。
(1)外形设计叶片气动设计主要是外形优化设计，这是叶片设计中至关重要的一步。
外形优化设计中叶片翼型设计的优劣直接决定风机的发电效率，在风机运转条件下，流动的雷诺数比较低，叶片通常在低速、高升力系数状态下运行，叶片之间流动干扰造成流动非常复杂。
针对叶片外形的复杂流动状态以及叶片由叶型在不同方位的分布构成，叶片叶型的设计变得非常重要。
目前叶片叶型的设计技术通常采用航空上先进的飞机机翼翼型设计方法设计叶片叶型的形状。
先进的CFD技术已广泛应用于不同类型气动外形的设计，对于低雷诺数、高升力系数状态下风机运行条件，采用考虑粘性的N-S控制方程分析叶片叶型的流场是非常必要的。
在过去的10多年中，水平轴风电叶片翼型通常选择NACA系列的航空翼型，比如NACA44XX，NA-CA23XX，NACA63XX及NASA LS(1)等。
这些翼型对前缘粗糙度非常敏感，一旦前缘由于污染变得粗糙，会导致翼型性能大幅度下降，年输出功率损失最高达30%。
在认识到航空翼型不太适合于风电叶片后，80年代中期后，风电发达国家开始对叶片专用翼型进行研究，并成功开发出风电叶片专用翼型系列，比如美国Seri和NREL系列、丹麦RISO-A系列、瑞典FFA-W系列和荷兰DU系列。
这些翼型各有优势，Seri系列对翼型表面粗糙度敏感性低；RISO-A系列在接近失速时具有良好的失速性能且对前缘粗糙度敏感性低；FFA-W系列具有良好的后失速性能。
风力机叶片的设计PPT课件
φi
50.366 40.862 33.368 27.714 23.469 20.238 17.731 15.744 14.138 12.819 11.717 10.785 9.988 9.298 8.695 8.335
β
c
φ角的弧度
阻力系 数
βi
ci φi*П/180 Cdi
40.866 209.578 0.87904697 0.0149
第7页/共20页
1）、确定翼型的设计升力系数和最佳攻 角 根据Profili软件输入翼型型号NACA23012,可得到表3-1和图3-1、图3-2、图3-3及图3-4如下所示
Alfa -8
-7.5 -7
-6.5 -6
-5.5 -5
-4.5 -4
-3.5 -3
-2.5 -2
-1.5 -1 0
0.5 1
1.285 136.745 0.188241327 0.0149
0.488 127.182 0.174318549 0.0149
-0.202 118.807 0.162275277 0.0149
-0.805 111.423 0.151761481 0.0149
-1.165 106.971 0.145466244 0.0149
1.158 1.158 1.158 1.158 1.158 1.158 1.158 1.158 1.158 1.158 1.158 1.158 1.158 1.158 1.158 1.158
周速比 λi
0.258 0.548 0.838 1.128 1.417 1.707 1.997 2.287 2.577 2.867 3.157 3.447 3.737 4.027 4.317 4.510
风力发电机叶片气动外形设计方法概述
0 引 言 风力发电是风能利用的主要方式，叶片是用来转换风能的关键部件。
风力发电机叶片的外形决定了风能转换的效率，因而风力发电机叶片气动外形设计关系到风力发电机的性能，是风力发电机设计着重考虑的部件之一。
Glauert理论、Schmitz理论和动量—叶素理论是叶片设计的基础理论，现代叶片设计方法都是在这些理论上进一步发展起来的。
到目前为止，Glauert理论和动量—叶素理论仍在广泛的使用。
分别介绍了三种理论如何求解叶片的弦长和来流角并运用C#语言对以上三种方法进行编程，实现对叶片弦长和来流角的求解，并对这三种方法求解出来的结果进行比较和分析。
1 理论方法介绍 1.1 Glauert理论 G1auert设计方法是考虑风轮后涡流流动的叶素理论(即考虑轴向诱导因子a 和切向诱导因子b )；但在另一方面，该方法忽略了叶片翼型阻力和叶梢损失的作用，这两者对叶片外形设计的影响较小，仅对风轮的效率影响较大。
[4] 由一系列的推导知道[1]，对于在给定半径r 处的尖速比 ，当时，即时，P C 有最大值。
令 （1）式中： —中间变量 在等式两边同除以 ，得（2）风力发电机叶片气动外形设计方法概述贾娇1 田 德※1，2 王海宽1 李文慧1 谢园奇2（1.内蒙古农业大学机电工程学院 2.华北电力大学可再生能源学院）摘 要：该文介绍了目前风力发电机叶片的主要设计理论——Glauert理论、Schmitz理论和动量—叶素理 论。
运用以上三种理论，使用c#语言编程分别计算了1000W叶片的弦长和来流角，并对计算出的结 果进行了比较和分析。
从设计的结果可以得到，用动量—叶素理论设计出来的弦长和来流角较Glauert 理论和Schmitz理论设计出来的弦长和来流角更小。
但是用以上三种理论设计出来的弦长和来流角在 叶根处都偏大。
关键词：风力发电机；叶片；气动外形设计而 ，则即 ，由此可得：（3）将上式代入（1），便可求得a 值。
风力发电课程设计 风力机叶片设计
展望：未来叶片设计将更加 注重提高风能利用效率和可 靠性
技术进步：叶片设计将采用 更先进的材料和制造工艺， 提高叶片的强度和耐用性
优化设计：通过优化叶片形 状和结构，提高风能利用效 率和可靠性
智能控制：通过智能控制技 术，提高叶片的运行效率和 可靠性
环保要求：叶片设计需要满 足环保要求，降低对环境的 影响
叶片长度：60米
叶片重量：10吨
叶片设计特点：低风 速性能好，抗风能力
高
叶片制造工艺：真空 灌注成型
叶片测试结果：风能 转换效率高，运行稳
定可靠
案例二：新型风力机叶片设计研究
设计目标：提高风力机叶片的效率和稳定性 设计方法：采用CFD仿真技术进行叶片优化设计 设计结果：叶片效率提高10%，稳定性提高20% 应用前景：广泛应用于风力发电领域，提高发电效率和稳定性
风力发电机：将风能转化为 电能的核心设备
输电线路：将风力发电机产 生的电能输送到电网中
变电站：将风力发电机产生 的电能转换为适合电网的电
压等级
储能设备：储存风力发电机 产生的电能，保证电力系统
的稳定运行
风力发电的优势与局限性
优势：清洁能源，无污染，可再生，可持续 优势：成本低，维护费用低，运行稳定 局限性：受自然条件限制，如风速、风向等 局限性：占地面积大，对环境有一定影响
降低成本和促进大规模应用
降低材料成本：采 用新型材料，如碳 纤维、玻璃纤维等， 降低叶片制造成本
提高生产效率：采 用自动化生产线， 提高叶片生产效率， 降低生产成本
优化设计：通过优 化叶片设计，提高 叶片性能，降低制 造成本
促进大规模应用： 通过降低成本，提 高风力发电的经济 性，促进风力发电 的大规模应用
风力发电机叶片简介演示
实时监测叶片状态，一旦发现叶片性能严重下降或达到预定更换条 件，立即进行更换。
THANK YOU
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先进制造技术
采用先进的制造技术，如3D打印和复合材料成型工艺，可以制造出具有更复杂几何形状和更高性能的叶 片。这为进一步优化叶片设计提供了技术保障。
04
叶片的检测与维护
叶片的缺陷与损伤检测
01
Байду номын сангаас
02
03
视觉检测
通过高清相机捕捉叶片表 面的图像，利用计算机视 觉技术识别裂纹、变色、 变形等缺陷。
超声波检测
力学性能和耐候性，同时重量较轻，适用于大型风力发电机叶片。
02 03
碳纤维
碳纤维是一种高性能、高强度的材料，用于叶片制造可显著提高叶片的 刚度和抗疲劳性能。然而，碳纤维成本相对较高，目前主要用于高端风 力发电机。
木材和复合材料
一些小型风力发电机叶片采用木材或其他复合材料制造。这些材料具有 成本低、环保等优点，但性能相对较差，适用于低风速地区。
利用超声波在叶片材料中 的传播特性，检测叶片内 部的裂纹、气泡等缺陷。
红外线热像检测
通过红外线热像仪观察叶 片表面的温度分布，从而 发现潜在的缺陷和损伤。
叶片的维护与修复
表面清洗
定期清除叶片表面的污垢 、沙尘等附着物，保持叶 片的光洁度，减少风阻。
防腐涂层
对叶片表面进行防腐处理 ，涂抹专用防腐涂层，延 长叶片使用寿命。
先进复合材料成型工艺
随着技术的发展，一些先进的复合材料成型工艺如拉挤成型、模压成型和3D打印等也逐 渐应用于风力发电机叶片的制造。这些工艺具有生产效率高、材料利用率高、产品设计灵 活等优点，代表了未来叶片制造技术的发展方向。
风力发电机组的翼型与叶片形状优化研究
风力发电机组的翼型与叶片形状优化研究随着对可再生能源需求的不断增长，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式，被广泛应用于发电领域。
作为风力发电机组的关键组成部分，研究翼型与叶片形状的优化对提高发电效率和性能至关重要。
本文将探讨风力发电机组翼型与叶片形状的优化研究，旨在提高风能的利用效率和发电能力。
翼型优化是风力发电机组设计中的核心问题之一。
优化的翼型设计可以显著影响风力发电机组的性能和效率。
翼型的选择应考虑到风速、风向以及机组的运行环境。
通常，翼型需要具备较高的升力系数和较低的阻力系数，以最大程度地提高发电效率。
此外，稳定性和可控性也是翼型设计的重要考虑因素。
目前，常用的风力发电机组翼型主要有对称翼型、适度弯曲的偏置翼型和适度弯曲的反曲翼型。
对称翼型具有较高的升力系数和较低的阻力系数，适合用于低风速区域。
偏置翼型通过改变上下翼面的厚度分布，可以有效降低气动阻力，提高发电效率和性能。
反曲翼型则通过翼型前缘向后延伸并形成弯曲，可以增加升力系数，提高机组的稳定性和可控性。
叶片形状的优化也对风力发电机组的性能和效率产生重要影响。
叶片是将风能转化为机械能的关键部件。
合理设计的叶片形状可以提高发电机组的转矩和输出功率。
一般而言，叶片的长度、弯曲程度以及截面形状都需要优化。
叶片长度的选择应考虑到风速分布和机组的设计要求。
适度的弯曲程度可以减小叶片的气动阻力，提高运行效率。
此外，采用合适的截面形状可以提高叶片的刚度和强度，减小振动和噪音。
在风力发电机组的翼型与叶片形状优化研究中，数值模拟和实验测试是常用的方法之一。
数值模拟可以通过计算流体力学分析风力发电机组中的气动特性。
通过在计算机上建立风力发电机组的数值模型，可以模拟和优化翼型和叶片的设计。
此外，实验测试可以通过风洞试验等手段对设计方案进行验证和验证。
这些实验可以测量翼型和叶片在风速变化下的表现，从而提供有关其性能和效率的重要信息。
此外，优化研究还可以利用进化算法、遗传算法和粒子群优化等优化算法，以最大程度地提高发电机组的性能。
翼型风力机叶片的设计与三维建模论文
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。
风力发电机叶片简介介绍
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目录
• 风力发电机叶片概述 • 风力发电机叶片的工作原理 • 风力发电机叶片的应用与市场 • 风力发电机叶片的维护与保养 • 风力发电机叶片的安全问题与防护措施
01 风力发电机叶片 概述
叶片的作用与重要性
作用
风力发电机叶片是风力发电机的 重要组成部分，其主要作用是将 风能转化为机械能，并通过发电 机将机械能转化为电能。
叶片的防护措施与安全操作规程
01
02
03
定期检查和维护
对叶片进行定期检查和维 护，及时发现并修复潜在 的问题，防止叶片断裂和 损坏。
安装防雷设施
为叶片安装防雷设施，如 避雷针和导电环等，以防 止雷电对叶片造成的破坏 。
除冰措施
在结冰和覆冰情况下，采 取有效的除冰措施，如加 热、震动或化学方法等， 以去除叶片表面的冰层。
环保要求
随着全球对环保问题的关注度不断提 高，对风力发电机的噪音、振动和空 气污染等方面的要求也将不断提高， 叶片制造商需要应对这些新挑战。
04 风力发电机叶片 的维护与保养
风力发电机叶片的维护与保养
• 风力发电机叶片是风力发电机的重要组成部分，其设计和维护对风力发电机的性能和寿命有着重要影响。下面将对风力发 电机叶片的维护与保养进行详细介绍。
叶片的安全监管与事故处理
安全监管制度
建立和完善安全监管制度，对风力发电机叶片进行实时监控和维护，确保其正 常运行和安全。
事故处理流程
制定详细的事故处理流程，包括应急响应、事故报告和事故调查等环节，以便 在发生事故时迅速采取有效措施，减少损失。
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制造工艺
叶片的制造工艺主要包括模具制作、材料加工、组装等环节。其中，模具制作是叶片制造的关键环节 之一，直接影响到叶片的形状和尺寸精度。材料加工主要包括切割、打磨、钻孔等环节，需要保证材 料的质量和精度。组装则是将各个零部件组装在一起，形成完整的叶片。
风机扇叶结构形式
风机扇叶的结构形式有多种，以下是几种常见的结构形式：
1.直翼型（Radial Blade）：直翼型扇叶是一种较为常见的结构形式。
它的扇叶呈直线形状，
平面上的宽度基本保持一致。
直翼型扇叶在各个截面上的角度相同，通常用于需要较高压力和较小流量的应用。
2.曲翼型（Backward-Curved Blade）：曲翼型扇叶的特点是具有向后弯曲的形状。
这种扇
叶结构可提供更高的效率和较低的噪音水平。
曲翼型扇叶适用于中等到高压力和流量的工作条件。
3.前弯翼型（Forward-Curved Blade）：前弯翼型扇叶是一种向前弯曲的结构形式。
它可
以在较低的风阻下产生较大的风量，并且通常用于对静态压力要求不高的应用。
4.斜翼型（Swept Blade）：斜翼型扇叶是一种具有向后或向前倾斜的形状。
这种结构可提
高扇叶的稳定性和流体动力学性能。
斜翼型扇叶适用于高压力和大风量的应用。
5.可调节翼型（Adjustable Blade）：可调节翼型扇叶具有可调节角度的结构。
它可以根据
需求进行扇叶角度的调整，以满足不同工况下的要求，提供更好的控制性能。
这些是常见的风机扇叶结构形式，每种结构形式都有其适用的场景和特点。
选择适合的扇叶结构形式需要考虑风机的工作条件、气体性质、流量压力要求以及噪音等因素。
风力机叶片及翼型变形分析
风力机叶片及翼型变形分析随着全球环保意识日益增强，风能逐渐成为了一种受到广泛关注和应用的可再生能源。
风力发电厂也随之崛起，而风力机叶片是风力机中最为重要的部分之一，对其性能的影响至关重要。
因此，对风力机叶片的变形进行分析，可以更好地优化风力机的结构，并提高其效率和稳定性。
风力机的叶片结构风力机叶片通常采用第三代叶型设计，即基于翼型理论的设计，采用气动外形优化方法。
这种方法的特点是将叶片表面设计为具有最佳气动性能的几何形状，以达到最佳流体动力性能。
并且，在其上采用二次或三次螺旋线上每个点的翼型截面，来构建一个光滑的外形。
经过数值分析，在确定翼型后，将其分别应用于叶片的不同纵向位置，使得整个叶片都能够获得最佳气动性能。
然而，在实际应用中，由于风力机叶片受到风载、旋转运动等多种复杂外力的影响，其结构会发生形变。
因此，精确地分析风力机叶片的变形非常重要。
风力机叶片的变形分析方法为了更好地分析风力机叶片的变形，可以采用有限元分析方法。
其主要过程是将叶片分割成许多小单元，然后在每个单元内计算叶片中的应力和应变。
在经过大量数据分析后，可以得到每个单元的变形情况，从而推断出整个叶片的变形情况。
由于风力机叶片通常采用化合物材料和纤维增强材料，其力学性能非常复杂。
因此，在进行有限元分析时，需要考虑到叶片中各种材料的弹性模量、泊松比、应力应变等特性，并通过数值模拟等手段进行外载荷计算和叶盘内流场等环境因素的影响情况。
针对这些因素，在进行叶片变形分析时，需要采用非线性有限元分析方法，使得叶片的变形分析更为精确。
一般来说，非线性有限元分析方法适用于非线性问题，并通常涉及大量非线性因素，例如材料的非线性、几何非线性等。
在使用非线性有限元分析方法时，可以通过模拟叶片和环境中各种因素的交互作用，得到更为准确和可靠的分析结果。
风力机叶片变形分析的翼型优化通过分析风力机叶片的变形，可以找到一些优化的方案，从而提高风力机的性能。
例如，针对由叶片变形引起的损失，可以在设计过程中增加一些加强措施来避免叶片的弯曲和扭曲。
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
垂直轴风机叶片形状分类
垂直轴风机叶片形状分类可以从多个角度进行，包括理论模型、设计理念、工程实践等。
以下是其中的几种分类方式，每种大约在800字左右。
一、基于理论模型的分类：1. 流线型叶片：这种叶片形状基于流线型理论，即叶片表面应尽可能接近流体的流动线条，以减少流体在叶片表面的摩擦力，提高风机的效率。
流线型叶片通常具有较小的扭曲度和弯曲度，能够使空气更加顺畅地通过叶片。
2. 翼型叶片：翼型叶片基于翼型理论，即叶片的形状应类似于鸟翼，能够产生升力。
这种叶片通常具有较大的展弦比和较小的扭曲度，能够使空气在叶片表面产生涡流，从而提高风机的效率。
二、基于设计理念的分类：1. 薄叶片：薄叶片的设计理念注重轻量化，通过采用较薄的叶片材质，可以使风机更加轻便、高效。
薄叶片通常具有较小的弯曲度，能够减小叶片的质量和风机的功耗。
2. 空气动力学叶片：空气动力学叶片的设计理念注重空气流动的优化，通过采用符合空气动力学原理的形状和表面处理，可以使叶片更好地引导空气流动，提高风机的效率。
这种叶片通常具有较高的扭曲度和较小的展弦比，能够产生较强的涡流。
三、基于工程实践的分类：1. 常规叶片：常规叶片是最常见的垂直轴风机叶片形状之一，其特点是形状简单、制造容易、维护方便。
这种叶片通常采用翼型设计，能够产生较好的升力和效率。
2. 扭曲叶片：扭曲叶片是一种新型的垂直轴风机叶片形状，其特点是具有较高的扭曲度，能够产生较强的涡流。
这种叶片通常适用于需要提高风压和风量的场合，如高层建筑的风压控制和通风系统。
综上所述，垂直轴风机的叶片形状可以根据不同的分类方式进行分类。
其中，基于理论模型的分类主要关注叶片的形状和流动特性；基于设计理念的分类主要关注叶片的设计思路和优化方向；基于工程实践的分类则关注实际应用中的需求和特点。
这些分类方式可以为我们提供更加全面和深入的认识和理解垂直轴风机的叶片形状。
每种叶片形状都有其独特的优点和适用场合，因此在选择垂直轴风机的叶片形状时，需要根据实际需求和特点进行综合考虑。
风力发电机叶片设计
风力发电机叶片的设计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。
随着全球气候变暖与化石能源的不断消耗及其对环境的影响问题，其他能源的开发越来越受到重视，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益发展起来。
而在这些新兴的能源种类中，核能的核废料处理相当困难，并且其日污染相比火电厂更为严重，同时需要相当严密的监管控制能力以防止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。
而地热能的开发势必要依赖与高科技，在当今对地热开发利用还不完善的现状下，更是难以做到，并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，风能的发展潜力巨大，前景广阔。
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，成本更低，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，且日益规模化。
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。
本文主要是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。
现在翼型的选择有很多种，FFA-W系列翼型的优点是在设计工况下具有较高的升力系数和升阻比，并且在非设计工况下具有良好的失速性能。
叶片的气动设计方法主要有依据贝茨理论的简化设计方法，葛老渥方法与维尔森方法。
简化的设计方法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过程；葛老渥方法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；维尔森方法则较为全面是现今常用的叶片气动外形设计方法。
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风力机的翼型与叶片外形设计简介
摘要
关键词：风力机，翼型，叶片
Introduction to aerofoil and blade shape design for wind turbine Abstract
Keywords:
引言
叶片是风力机重要的能量转换部件，其设计和制造直接影响风力机发电机组的高效安全运行。
风力机的运行效率直接与叶片的空气动力设计有关，包括叶片长度、翼型、沿纵向翼型的分布和安装角。
1、翼型与叶片外形设计的重要性
2、叶片外形设计的大概过程，强调叶片外形设计时翼型的前提作用
3、给出论文的框架
1.1 风力机翼型设计
1.1.1风力机翼型设计发展过程及特点
讲清与飞机翼型的区别
翼型空气动力特性的好坏直接影响风力机的性能，翼型的形状也影响叶片的主体结构形式。
在风力机叶片翼型参数的设计过程中，各个参数的变化都会对其他参数的设计产生影响。
在设计中本着能够使单位叶素有最大的功率利用系数的原则，来选择翼型参数。
在20世纪七八十年代的风力机设计过程中，很多风力机直接采用了NACA系列中的航空翼型。
但风力机的工作条件和飞机有较大的区别，一方面风力机叶片工作时，其攻角变化
范围大；另一方面风力机叶片设计要考虑低雷诺数的影响，风力机和飞机工作的雷诺数范围有所不同，其影响将就也不完全一样，过去在小型风力机设计中考虑雷诺数较少而是直接选用，以翼弦为特征长度的雷诺数在风轮径向方向是变化的，在大型叶片设计中必须给以考虑。
设计实践表明，使用航空翼型虽然可以得到很高的升阻比，但是在低雷诺数环境下，航空翼型易于发生泡式分离，从而使升阻比特性恶化。
另外，航空翼型对表面粗糙度比较敏感，在翼型几何形状由于灰尘、结冰等原因发生变化时，翼型的气动特性往往也会迅速恶化，从而不适于直接作为风力机叶片翼型使用。
因此，选择翼型常根据以下原则：对低速风轮，由于叶片数较多，不需要特殊的翼型升阻比；对于高速风轮，叶片数较少，应选择在很宽的风速范围内具有较高的升阻比和平稳失速特性的翼型，对粗糙度不敏感，以便获得较高的功率系数；另外要求翼型的气动噪声低。
1.1.2风力机翼型分类
按风机发电量，按不同实验室; 不同类型的风力发电机对翼型的不同要求
1.1.3风力机翼型设计方法简要介绍
1.1.4风力机翼型小结
创新点在于：对于不同类型的风机翼型应该怎么样选取，在一个叶片上不同翼型的分布。
1.2 叶片外形设计
从轮毂中心到叶尖不同位置处，翼型的选择
从轮毂中心到叶尖不同位置处，相应翼型的弦长长度公式
从轮毂中心到叶尖不同位置处，相应翼型的攻角
失速型叶片与变桨型叶片的区别（安装角的问题）
陆上风机叶片与海上风机叶片的区别
MW风机与小型风机叶片的区别
1.3 金风750KW与1.5MW的翼型与叶片外形特点
提出目前叶片所存在问题
1.4 结论
给出适合公司翼型与叶片外形设计的可实施方法，给公司目前所采用叶片建议
由于计算量及实验尺寸的限制，对整个风机进行数值模拟和风洞实验困难太大，效率也不高。
因此，目前工程的办法仅限于对翼型的数值模拟及实验研究，而对叶片则通过经验公
式进行设计。