风力发电机叶片设计及三维建模
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。
大型风力机叶片三维建模及模态分析
１ 叶 片 三 维模 型
大型 风力机 叶 片为 空 间壳 形结 构 ， 多种 复 杂 为
曲面组 合 而成 ； 叶片 结构 的设 计 参 数诸 多 且交 互 耦 联 。采 用二 维设计 方 法 难 以全 面 、 便捷 地 表述 叶片
要建 立 叶片 的三维 模 型 ， 首先 要 选 择一 种 好 的
采用 下式计 算 风轮直径 Ｄ ：
Ｐ ＝ １ ． ３ ＬＰ ｖ ａｐ
式 （ ）中 ， １ Ｐ为风 力机输 出功 率 ；。 Ｃ 为风 能利用
收 稿 日期 ：０ １１ － ２ １ —１ ０ ３
对于大 型 风 力 机 ， 过 动 量 ． 素 理 论 ， ｌｕｒ 通 叶 Ｇａ ｅｔ
是 不规 律 的 ， 不 利 于生 产 加 工 ， 常需 要 对 弦 长 这 通 进 行修 改 ， 般 以最 大 弦 长 处 为 起 点 ， 别 向 叶 片 一 分
也 会影 响 到 翼 型 的 选 择 。一 种 可 能 的 选 择 是 Ｎ — Ａ
Ｃ ６ －１ Ａ ３４ ５翼 型 Ｊ 。该 翼 型 数 据 可 在 Ａ ｒ ｉ Ｉｖｓ — ｉｏ ｎ ｅｔ ｆｌ ｉ ｇｔ ｎＤ ｔ ａｅ中查 找调 取 。 ａ ｏ ａ ｂ ｓ ｉ ａ １ ４ 各翼型 断面 弦长 及安装 角 ．
第３ ３卷
第３ 期
太
原
科
技
大
学
学
报
Ｖ １３ Ｎ ． ０．３ 。 ３
Ｊｎ ２ １ ｕ ．０ ２
２１ ０ ２年 ６月
Ｊ Ｕ Ｎ Ｌ Ｏ Ａ Ｙ Ａ Ｎ Ｖ Ｒ ＩＹ Ｏ ＣＥ Ｃ Ｎ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ Ｏ Ｒ Ａ ＦＴ Ｉ Ｕ Ｎ Ｕ Ｉ Ｅ ＳＴ ＦＳ ＩＮ Ｅ Ａ Ｄ Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ
风力发电机风轮叶片三维有限元建模研究
gea r; tooth conta ct ana lysis; loaded contac t ana lysis; planeta ry
gea r tra in
F ig 6 Tab 1 R e f 7
/ Jixie She ji0 8584
* 收稿日期: 2008 - 11 - 25; 修订日期: 2009 - 03 - 27 作者简介: 傅程 ( 1981 - ), 男, 江苏南京人, 博士研究生, 研究方向: 结构强度。
坐标转换成铺层图上 的平面坐标, 并判断 节点位于上 壳体还是
52
机械设计
第 26卷 第 9期
下壳体, 然后对照铺层表, 逐一 检查哪些铺层包 含该点, 就可获 得该点的铺层信息, 最后 比较 4 个节 点的 铺层信 息, 选取 铺层 最薄点的信息作为单 元的铺层信息, 写出 设置该单元 铺层参数 的命令流语句, 如图 8所示。
关键词: 风机叶片; 有限元法 ; 应力分析 中图分类号: TK83 文献标识码: A 文章编号: 1001 - 2354( 2009) 09 - 0050 - 04
风能是一种清洁的可再生能源。太阳辐射对 地球表面 的不 均匀性加热是风的主要成因。目前, 随着 各国对 环境保护 、能 源 短缺等问题的 日 益关 注, 风力 发电 行 业已 受 到越 来 越多 的 重 视。风轮叶片是风力发 电机 中最基 础和 最关 键的 部件, 其良 好 的设计、可靠的质量和优越的性能是 保证机 组正常 稳定运行 的 决定因素。对叶片的主要要求有: 密度小、机 械性能 和疲劳强 度 好、能经受暴风等极端 恶劣 条件和 随机 负荷 等。风 力发 电机 叶 片由复合材料制成, 随 功率 的不同, 其尺 寸从 几米 到几 十米 不 等, 兆瓦级风力 发 电机 叶 片长 度可 以 达到 几 十米 甚 至百 米 以 上。如此巨大的叶片主 要承 受旋转 产生 的离 心力、自身 重力 及 风对叶片表面的压力 , 对其强度问题应给予足够的重视。
大型风力机叶片气动外形设计及三维实体建模研究
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基于UG的风电叶片三维建模研究
基于UG的风电叶片三维建模研究曾明伍;赵萍;钟贤和【摘要】作为叶片三维CFD分析、叶片结构设计和叶片模具设计的基础,必须建立叶片的三维模型.文章提出了风电叶片的一种三维建模方法,首先介绍了如何合理选取翼型和设计后缘型线,利用Excel软件将翼型坐标点变换为叶片各个截面的三维空间坐标,最后运用UG强大的三维曲面建模功能建立叶片几何外形的复杂曲面.该方法缩短了建模周期,提高了叶片三维模型的准确度,为更好地进行叶片结构分析等后续工作打下良好的基础.文章最后还简单介绍了基于叶片三维模型的初步结构设计,为叶片结构设计和工艺设计人员提供帮助.【期刊名称】《东方汽轮机》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】5页(P40-44)【关键词】风电叶片;翼型;三维建模;UG【作者】曾明伍;赵萍;钟贤和【作者单位】东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000;东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000;东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000【正文语种】中文叶片是风力机中最重要的部件，其良好的性能是保证风力机稳定运行的关键。
风力机叶片设计主要分为气动设计和结构设计，气动设计的任务是设计出叶片的主要几何参数，保证叶片有良好的气动性能，如果要对叶片进行三维 CFD 分析，就必须建立叶片三维模型；结构设计的任务是设计出叶片的详细内部结构，并进行结构分析，保证叶片的结构具有良好的力学性能，满足强度、刚度、稳定性等要求，而结构设计的前提是必须建立叶片的三维模型。
另外由于风电叶片属于中空壳体结构，需要在模具上分别制作上下两半壳体，必须建立叶片的三维模型才能进行叶片母模和模具设计。
因此，建立叶片三维模型是叶片设计中不可或缺的重要组成部分，本文中叶片的三维模型指叶片几何外形的三维模型。
根据叶片的气动分析结果，可以得到叶片的主要参数，包括弦长、扭角、相对厚度、变桨轴位置以及预弯等（见表1）。
2.1 翼型的选取风电叶片的几何外形基于一定的翼型族进行设计，通常选取同一系列翼型族中相对厚度为18%、 21%、 25%、 30%、 35%、 40%的 6 个翼型作为叶片几何外形设计的原始翼型，叶根段采用相对厚度为 100%的圆柱，通过线性插值得到各原始翼型之间的截面数据。
风力机叶片立体图的计算机设计绘制
□ 广西大学机械工程学院 陈家权 杨新彦
本文的作者按 照叶片设计的实际过 程，在根据涡流理论 设计叶片参数的基础 上，提出了一种能在 计算机上立体显示叶 片截面及结构的设计 方法，即用基于点的 坐标的几何变换理论 求解叶片各截面在空 间实际位置的三维坐 标，基于三维几何建 模理论，完成了对叶 片的实体建模。
针对上述情况，笔者找到了一 种能够提高叶片CAD质量的叶片计 算机3D绘图方法：首先获取各截面 叶素数据，计算弦长和扭角等主要 参数，然后基于点的坐标的几何变 换求出叶片各截面在空间实际位置 的三维坐标，最后基于3D建模理论 完成叶片计算机3D绘图。
一、风力机叶片的具体 设计方法
1.叶片翼型的选择 现代风力机通常是采用三叶片 的上风或下风结构。风力机叶展形 状、翼型形状与风力发电机的空气 动力特性密切相关。一台好的风力 机应当尽量增加升力并减小阻力， 使 CL / CD 尽量趋于最大值，以增 加风力机的风能利用系数。 叶片通常由翼型系列组成。 由于叶片根部各翼型力臂较小，对 风力机风轮输出扭矩的贡献不大， 所以叶片根部对风力机性能影响较 小，设计时应主要考虑加工方便和 强度问题。应在尖部采用薄翼型以 满足高升阻比的要求；在根部采用 相同翼型或较大升力系数翼型的 较厚形式，以满足结构强度的需 要。典型运行工况下的雷诺数范 围是5×105~2×106。常用的翼型 有NACA44xx系列、NACA644xx系列 和NACA230xx系列等航空翼型；专 用翼型有美国的SERI翼型系列以及 NREL翼型系列、丹麦的RISφ-A系 列翼型和瑞典的FFA-w系列翼型 等，设计时应根据不同的设计需要 选取不同的翼型。翼型数据及其气 动性可参考Profili软件、中国气动 力研究与发展中心的文献等。 2.叶片的弦长和扭角计算 应用涡流理论设计风轮叶片， 把叶片分成若干叶素，分别对各叶 素在最佳运行状态下进行空气动力 学计算。
兆瓦级风力机叶片外形设计及其三维建模
计 攻 角和升 力 系数 沿 叶 片展 向 呈 非 线 性 分 布 的 情
况， 对 传 统 Ｗ Ⅲｓ ｏ ｎ设 计 方 法 进 行 修 正 ， 优 化 设 计 叶
片的 气动外 形 。并结 合优 化得 出的叶 片几何 外形 参
数， 运 用点 的 坐标 转 换 理 论 来 计 算 叶 片各 截 面翼 型
ＣＡ Ｔ Ｉ Ａ
片数 为 ３ ； 设 计 尖 速 比 为 ９ ． ５ ； 额 定功率 为 １ ． ５
Ｍ Ｗ 。
中图分 类号 ： Ｔ Ｋ８ １ ； ＴＰ ３ ０ ２ ． ４
文 献标 识码
文 章编 号 ： １ ０ ０ １—２ ２ ５ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７ —０ ０ ７ ５ —０ ３
的 空 间 实 际 坐标 。利 用 Ｃ ＡＴ Ｉ Ａ 软 件 完 成 叶 片 的 三 维建模 。
１ 风 力机 叶 片 气动 外 形优 化 设 计
１ ． １ 风轮 的 基本设 计参 数 风力 机风 轮 的基 本 参 数 ： 风 轮直 径 为 ８ ０ ｍ； 叶
关 键词 ： 风力 机 叶片 ； 气动 外形 优化 ； 三 维建 模 ；
翼型， 叶尖部 翼 型 相 对 厚 度 为 １ ６ ， 叶 片 中部 翼 型
相对 厚 度 为 ２ ５ ， 最 大 弦 长 处 翼 型 相 对 厚 度 为 ４ Ｏ ， 根 部采 用 圆形 。
Ｃ ＡＴ Ｉ Ａ
翼 型 的选 择对 于风 力 机效 率 十 分重 要 ， 翼 型 的
选 取 应尽 量使 升 阻 比趋 于 最 大 ， 从 而提 高 风 力 机 的 效率 ， 而根 部则 采用 相对 厚度 较大 的翼 型 ， 以保 证 大
型 叶片 的结 构 强 度 。设 计 采 用 ＮＡＣ Ａ６ ３系 列 航 空
风力发电机叶片设计及三维建模的开题报告
风力发电机叶片设计及三维建模的开题报告
一、研究背景及意义
随着环保理念的日渐普及，风力发电作为一种新兴的清洁能源，被越来越多的国家和地区所重视。
在风力发电系统中，风力发电机是核心部件之一，其效率和工作稳
定性对于整个系统的运行都至关重要。
而风力发电机叶片作为转子的关键部件，直接
影响整个系统的发电效率。
因此，对于风力发电机叶片的设计和制造具有重要的意义。
目前，风力发电机叶片设计主要使用计算机辅助设计软件进行建模和仿真，但是由于叶片的特殊几何形态，三维建模相对较为困难。
因此，本研究旨在探究基于计算
机辅助设计的风力发电机叶片设计方法，并通过三维建模完成叶片的设计与制造。
二、研究内容及方法
1. 分析风力发电机叶片的结构特点和工作原理；
2. 研究风力发电机叶片的设计理论和计算方法；
3. 选择合适的计算机辅助设计软件，进行叶片三维建模；
4. 建立风力发电机叶片的有限元模型，进行仿真分析；
5. 优化叶片设计方案，提高其发电效率和工作稳定性；
6. 利用3D打印等技术制造叶片样板，并进行实验验证。
三、预期成果
1. 完成风力发电机叶片设计理论的研究；
2. 完成风力发电机叶片三维建模的设计；
3. 完成风力发电机叶片的有限元仿真分析及优化设计；
4. 完成风力发电机叶片样板的制造与实验验证。
四、研究意义
本研究可为风力发电机叶片的设计与制造提供新的思路和方法，优化现有叶片设计方案，提高叶片发电效率和工作稳定性，从而推动风力发电技术的发展，促进清洁
能源的利用。
同时，本研究也可为计算机辅助设计在其他工程领域的应用提供参考。
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。