水平轴风力机叶片气动性能计算及影响因素分析
风力发电机组气流对叶片的影响分析
风力发电机组气流对叶片的影响分析随着能源问题日益严重，清洁能源的重要性愈发突出。
风力发电作为一种环保、可再生的能源方式，受到越来越多的关注和支持。
而风力发电机组的核心部件之一就是叶片，其设计和性能直接影响到风力发电机组的发电效率。
本文将着重分析风力发电机组气流对叶片的影响，以期为相关研究和工程实践提供参考和借鉴。
一、气流对叶片的影响1.1 气流对叶片的压力分布影响气流在流经叶片时，会对叶片表面造成一定的压力分布。
这种压力分布会直接影响到叶片的受力情况，进而影响到叶片的运行效果和寿命。
正确认识和研究气流对叶片的压力分布影响，能够有效优化叶片设计，提高发电效率。
1.2 气流对叶片的振动影响气流的流动会对叶片产生一定的振动，如果振动过大会导致叶片结构疲劳破坏，甚至造成整个风力发电机组的故障。
因此，准确评估和控制气流对叶片的振动影响，对于提高叶片的使用寿命和安全性至关重要。
1.3 气流对叶片的噪音影响风力发电机组在运行时可能会产生一定的噪音，其主要原因之一就是气流对叶片的影响。
气流在叶片表面的流动会引起空气的振动，进而产生噪音。
通过研究气流对叶片的噪音影响，可以有效降低风力发电机组的噪音水平，减少对周围环境的影响。
二、叶片设计和优化2.1 叶片结构设计为了减小气流对叶片的影响，提高叶片的效率和性能，需要从叶片结构进行设计和优化。
合理的叶片结构可以减小气流对叶片的阻力，提高叶片的受力性能，进而提高风力发电机组的发电效率。
2.2 叶片表面涂层设计叶片表面的涂层设计也是影响气流对叶片的影响的重要因素。
通过选择合适的涂层材料和工艺，可以减小叶片表面的摩擦阻力，进而减小气流对叶片的影响，提高叶片的性能和使用寿命。
2.3 叶片尾迹设计叶片的尾迹设计可以减小气流从叶片尾部流失，提高气流的利用率，进而提高风力发电机组的发电效率。
合理的叶片尾迹设计可以减小气流的阻力，提高叶片的气动性能，从而提高整个风力发电系统的效率。
三、结论综上所述，气流对叶片的影响在风力发电系统中具有重要意义。
风电机组叶片气动弹性与颤振抑制
风电机组叶片气动弹性与颤振抑制风力发电是利用风能驱动发电机组产生电能的一种清洁能源。
风电机组叶片作为直接接触风的部件，其气动弹性和颤振抑制技术一直是风电行业的研究热点。
在风力发电系统中，叶片的气动弹性和颤振抑制技术对提高风电机组的性能和可靠性至关重要。
本文将从叶片气动弹性的基本原理、颤振的危害和抑制方法等方面展开探讨。
一、叶片气动弹性叶片气动弹性是指叶片在风力作用下发生的形变和振动现象。
风力是一种不稳定、非线性的力，而叶片作为受力部件，其振动响应受到风荷载的影响。
叶片在风力作用下会发生弯曲、扭转、挠曲等形变，这些形变会导致叶片的动态特性发生变化，从而影响叶片的运行性能和寿命。
1.1 叶片气动弹性的特点（1）风荷载的不确定性：叶片在运行过程中所受到的风荷载是不断变化的，同时风速、风向、气动系数等因素会对叶片的气动弹性产生影响。
（2）非线性：叶片在风力作用下会发生非线性的振动响应，包括颤振、共振等现象。
（3）多自由度：叶片是一个复杂的多自由度系统，其振动模态较多，受到外界扰动时会产生多种振动模式。
叶片气动弹性会对风电机组的性能和可靠性产生影响，具体表现在以下几个方面：（1）动态响应：叶片的气动弹性会导致叶片的动态特性发生变化，从而影响叶片的动态响应，包括振动幅值、频率、振型等。
（2）疲劳损伤：叶片在风力作用下会发生疲劳损伤，气动弹性会加剧叶片的疲劳破坏，降低叶片的使用寿命。
（3）颤振风险：叶片的气动弹性会增加叶片颤振的风险，一旦发生颤振现象会对风电机组造成严重的损坏。
二、颤振的危害颤振是指叶片在特定工况下受到外部扰动而产生的自激振动现象。
颤振会导致叶片产生剧烈的振动，加速叶片疲劳损伤，甚至导致叶片的破坏。
颤振还会引起风电机组的振动响应，对风电机组的安全性和稳定性产生威胁。
2.1 颤振的成因颤振的产生通常受到以下因素的影响：（1）固有频率：当外部扰动频率接近叶片的固有频率时，会导致颤振的产生。
（2）气动力失稳：当叶片的气动力失稳时，会导致气动弹性失控，引发颤振。
基于IDDES方法的大型水平轴风力机气动特性与尾流分析
基于IDDES方法的大型水平轴风力机气动特性与尾流分析基于IDDES方法的大型水平轴风力机气动特性与尾流分析一、引言随着环境保护和可再生能源的重要性逐渐凸显，风力发电成为了当今世界上最主要的可再生能源之一。
大型水平轴风力机是风力发电的核心设备之一，其性能优化对于提高发电效率至关重要。
气动特性和尾流分析是评估风力机性能和研究风场中不同风力机排布布局的关键要素。
二、IDDES方法的原理及特点IDDES（Improved Delayed Detached Eddy Simulation，改进的延迟分离尾流模拟）是一种半物理数值模拟方法，结合了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）和大涡模拟（LES）两种方法的优点。
IDDES方法适用于湍流流动的模拟，能够较好地预测风力机在不同工况下的气动特性。
与传统的RANS方法相比，IDDES方法能够更精确地模拟湍流结构，尤其对于边界层流动、挡风罩等复杂几何结构的湍流模拟效果更佳。
而与LES方法相比，IDDES方法在计算时间和计算资源消耗上更加经济高效。
因此，使用IDDES方法进行大型水平轴风力机气动特性与尾流分析具有很高的研究价值。
三、大型水平轴风力机气动特性分析1. 数值模拟模型的建立首先，根据实际风力机的几何参数，建立风力机的三维模型。
利用计算流体力学（CFD）软件，应用IDDES方法对风力机的气动特性进行模拟。
2. 气动力特性评估利用IDDES模拟结果，可以得到风力机的气动力特性，如风力机叶片上的气动力分布、升力系数、阻力系数等。
通过对比实际风力机的气动力测试数据，验证IDDES模拟结果的准确性。
3. 流场分析IDDES方法能够模拟风力机周围的流场情况，包括风力机叶片表面的湍流结构、气动力影响区域的湍流特性等。
通过对流场分析可以深入了解风力机周围的流动特征，为设计和改进风力机提供重要依据。
四、大型水平轴风力机尾流分析1. 尾流特性描述利用IDDES方法模拟大型水平轴风力机的尾流特性。
水平轴风力机气动性能的三维数值计算
在风力机叶轮的设计过程中， 对其气动 陛能准确可 靠的预测是极其重要的并且成为了空气动力学研究者
们的一个巨大的挑战。 近年来， 随着数值计算技术及计 算硬件资源方面的不断进步， Ｆ Ｃ Ｄ方法已经越来越广泛 地被应用于风力机翼型以及全尺寸风轮的气动性能预 测领域。 国内外已经有很多的学者和研究机构采用不同
摘 要 ：采用带转捩修 正的七 ＯＳ Ｔ湍流模型对美 国国家可再生能源实验 室的失速控制型ＮＲ ＬＰ ａｅ Ｉ 一Ｃ Ｓ Ｅ ｈｓ Ｖ 风轮
在几 个不 同来流风速下 的气动性能进行三维数值模 拟，并 ＮＡＳ ｍｅ风 洞试验 结果 以及无失速延迟修 正的 ＡＡ ｓ
升力面方法得到 的结果进行对比分析 。 详细描述不 同风速下风力机叶片周 围的流场 以及叶片吸力面极 限流 线分
Ｖ ． Ｎ ｏ １ １ ．０ ４
Ｏ ｔ０９ ｅ２０ ．
中国 科 技 论 文 在线
Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｅ ｌ ｅ ｃｅ ｃ ｐ ｐ ｒ ｉ Ｏｎ ｎ
第 卷 第ｌ ４ ０ 期
２０ ０ ９年 ｌ Ｏ月
水平轴风 力机气动性能 的三维数值计算
俞 国华 ，杜 朝 辉
（ 海交通 大学机械 －动力工程 学院 ，上 海 ２ ０４ ） 上 ｂ － ０ ２ ０
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（ｃｏ ｌｆＭｅｈ ｎ ａ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｓ ａ ｇ ａ ａ 而 Ｕ ｉ ｒｉ， ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ２ ０ Ｃ ｉ ） Ｓｈ ｏ ｏ ｃ ａ ｉ ｌ ｇｎｅｉ ，ｈ ｎ ｈ ｉ ｉｏ ｃ Ｅ ｎ Ｊ ｎｖ ｓｙ Ｓ ａ ｇ ａ ０ ４ ， ｈ ａ ｅ ｔ ２ ｎ
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某兆瓦级水平轴风力机叶片气动设计和性能评估
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资源丰富的国家 ， 风力 发 电潜 力 巨大 ， 自国家 提 出
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电网 与 清 洁 能源
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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。
水平轴风力机翼型的气动性能分析
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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
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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
风力机空气动力学基础知识风能曾是蒸汽机发明之前最重要的动力，数千年前就有了帆船用于交通运输，后来有了风车用来磨面与抽水等。
近年来，由于传统能源逐渐枯竭、对环境污染严重，风能作为清洁的新能源得到人们的重视。
为方便风力机技术知识的学习，下面介绍一些风力机空气动力学的基础知识。
升力与阻力风就是流动的空气，一块薄平板放在流动的空气中会受到气流对它的作用力，我们把这个力分解为阻力与升力。
图中F是平板受到的作用力，D为阻力，L为升力。
阻力与气流方向平行，升力与气流方向垂直。
我们先分析一下平板与气流方向垂直时的情况，此时平板受到的阻力最大，升力为零。
当平板静止时，阻力虽大但并未对平板做功；当平板在阻力作用下运动，气流才对平板做功；如果平板运动速度方向与气流相同，气流相对平板速度为零，则阻力为零，气流也没有对平板做功。
一般说来受阻力运动的平板当速度是气流速度的20%至50%时能获得较大的功率。
当平板与气流方向平行时，平板受到的作用力为零（阻力与升力都为零）。
当平板与气流方向有夹角时，在平板的向风面会受到气流的压力，在平板的下风面会形成低压区，平板两面的压差就产生了侧向作用力F，该力可分解为阻力D与升力L。
当夹角较小时，平板受到的阻力D较小；此时平板受到的作用力主要是升力L。
截面为流线型的飞机翼片阻力很小，即使与气流方向平行也会有升力，因为翼片上表面弯曲，下表面平直，翼片上方气流速度比下方快，跟据流体力学的伯努利原理，上方气体压强比下方小，翼片就受到向上的升力作用。
当翼片与气流方向有夹角（该角称攻角或迎角）时，随攻角增加升力会增大，阻力也会增大，平衡这一利弊，一般说来攻角为8至15度较好。
超过15度后翼片上方气流会发生分离，产生涡流，升力会迅速下降，阻力会急剧上升，这一现象称为失速。
风力发电用风力机有阻力型与升力型两种，水平轴风力机基本都是升力型，垂直轴风力机有多种阻力型结构，也有是升力型结构。
翼型翼型本是来自航空动力学的名词，是机翼剖面的形状，风力机的叶片都是采用机翼或类似机翼的翼型，与翼型上表面和下表面距离相等的曲线称为中弧线。
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机 械 设 计 与 制 造
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文 章 编 号 ：０ １ ３９ （０ １ １— ０ ４ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ）０ ０ ４ — ３
第１ Ｏ期
２１年 ｌ ０ １ ０月
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水平轴风力机 叶片气动性能计算及影响 因素分析 术
运行 ， 气动 性能 的好 坏将会 直接影 响到 叶片外 形设计及 机组 效率 。因此 ， 叶 片进行 气动性 能计 算和 而 对 数值模 拟成 为 必要 。根 据动 量叶 素理论 建 立风 力机 叶 片气动 计算模 型 ， 考虑 到叶 尖损 失 ， 叶根损 失 ， 叶 片 宽度 和厚度 等 因素的影 响对该模 型进行修 正 。用 Ｍ Ｔ Ａ Ａ Ｌ Ｂ语 言编制 计算程序 ｕ ｔ ．ｏｅｖｒ ｆ ｅｃｓ ａｔ ｓ ｎ ｈ ｒ ｙａ ｉｐ ｒ ｒ ａｃ ｏ ｌ ｅｗｔ ｓ ｃ ｉ ｉｉｃ ｃｌ ｅ Ｍ ｒ ｅ， ｉ ｕｎｅｆｃ ｒ ｏ ｅａ ｏ ｎ ｃ ｅ ｏｍ ｎｅｆ ｊ ａ ｈｐ ｆ ｒ ｌｓ ｌ ａ ｄ ｏ ｅ ｎ ｌ ｏ ｔ ｅ ｄ ｍ ｆ
齐 肖璐 段 巍
（ 北 电力大 学 机械 工程 系 ， 华 保定 ０ １０ ） ７０ ３
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关键词： 风力机； 叶片； 气动性能； 模型； 影响因素
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【 摘
要】 叶片作为风 电机纽 的关键部件之一，其设计和 可靠性直接 关系到风力发 电机组的安全 ｊ
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