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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。
基于UG的风力机叶片三维建模陈容满 王 茶 蔡泽昱 罗永新 周文平（六盘水师范学院物理与电气工程学院，贵州 六盘水 553000）摘 要：叶片是风力机中最基础和最关键的部件，会对风力机性能产生重要的影响。
本文从叶片各个截面的翼型出发，采用UG软件对WindPACT1.5MW风力机的叶片进行三维建模。
关键词：风力机；叶片；翼型；UG；三维建模风力机是以自然风为动力的原动机，其外部结构主要由叶片、轮毂、机舱和塔架组成。
风力机叶片的结构对空气绕流场及气动载荷具有较大的影响[1]。
在风力机气动性能及结构载荷分析过程中，叶片的三维建模是最基础的环节。
但是，叶片的截面形状复杂,特别是在翼展方向还存在扭转角和渐变的弦长，因此三维建模比较困难。
本文将借助UG软件的实体化曲面处理能力，从叶片各个截面翼型的原始二维坐标数据出发，构造出叶片截面翼型的样条曲线,然后建立风力机叶片的三维实体模型。
本文的三维建模方法具有高效和准确的特点，能够为后续风力机气动性能及结构载荷分析提供基础和指导。
一、1.5MW风力机叶片主要参数本文对WindPACT 1.5 MW风力机进行三维建模。
该风力机为美国国家可再生能源实验室（NREL）设计的参考风力机，转子半径为35m。
该风力机不同截面高度的扭转角、弦长、翼型等参数如表1[2]。
表1 叶片翼型参数表Distributed Blade Aerodynamic Properties for the WindPACT 1.5-MW ModelNode (-)RNodes(m)AeroTwst(°)DRNodes(m)Chord(m)Airfoil(-)1 2.8583311.10 2.21667 1.949Cylinder.dat2 5.0750011.10 2.21667 2.269S818_2703.dat 37.2916711.10 2.21667 2.589S818_2703.dat 49.5083310.41 2.21667 2.743S818_2703.dat 511.725008.38 2.21667 2.578S818_2703.dat 613.94167 6.35 2.21667 2.412S818_2703.dat 716.15833 4.33 2.21667 2.247S818_2703.dat 818.37500 2.85 2.21667 2.082S828_2103.dat 920.59167 2.22 2.21667 1.916S828_2103.dat 1022.80833 1.58 2.21667 1.751S828_2103.dat 1125.025000.95 2.21667 1.585S828_2103.dat 1227.241670.53 2.21667 1.427S825_2103.dat 1329.458330.38 2.21667 1.278S825_2103.dat 1431.675000.23 2.21667 1.129S826_1603.dat 1533.891670.08 2.216670.980S826_1603.dat二、叶片参数的处理该风力机采用的翼型有三种，分别为S818，S825，S826，如图1所示。
基于CFD模拟的海上风力发电风轮叶片气动性能分析海上风力发电是利用海上风能转化成电能的一种清洁能源技术。
风力发电的核心是风轮叶片，叶片的气动性能对于风力发电机组的效率和稳定性具有重要影响。
本文将基于CFD模拟对海上风力发电风轮叶片的气动性能进行分析。
首先，我们将介绍CFD模拟的基本原理和方法。
CFD全称为Computational Fluid Dynamics，是一种基于数值计算的流体力学模拟方法。
通过将流体分割成小的计算单元，利用基本流体动力学方程和边界条件，模拟流体流动的过程。
CFD 模拟可以准确地预测流体流动的速度、压力、温度等参数，对于工程问题的分析和设计具有重要意义。
接着，我们将介绍风轮叶片的基本结构和工作原理。
风轮叶片由材料制成，具有承载风能和转化风能为机械能的功能。
在风流中，风轮叶片受到风力的作用而转动，驱动轴连同发电机一起转动，将机械能转化为电能。
叶片的气动性能直接影响到风力发电机组的发电效率和运行的稳定性。
接下来，我们将详细介绍CFD模拟在风力发电叶片气动性能分析中的应用。
首先，我们需要建立叶片的几何模型，并设定模拟的计算域和边界条件。
然后，选择适当的数值方法和网格划分方法，对流体流动进行数值模拟。
在模拟过程中，需要考虑到空气流动的不可压缩性、湍流等非线性特性，确保模拟结果的准确性。
在模拟过程中，我们可以通过对叶片表面压力分布的分析，评估叶片的气动性能。
压力分布可以表征叶片上不同部位的气动力大小和方向，从而分析叶片的受力情况。
此外，通过模拟计算得到的叶轮机组风速和风向，可以对风力发电机组的发电效率和输出功率进行预测。
在分析叶片气动性能时，我们还可以通过CFD模拟来研究叶片的流动分离、涡脱落等现象。
流动分离是指流体在叶片表面分离成两个或多个方向不同的流动状态，会导致叶片的气动性能下降和振动增大。
通过模拟分析，可以优化叶片的形状和结构，减小流动分离的发生。
涡脱落是指流体在叶片后缘形成的涡旋脱离叶片，会导致气动力的损失和噪声的增加。
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。
基于飞行力学概念的海上风力发电风轮叶片气动形状优化风力发电作为一种清洁、可再生的能源来源，近年来得到了广泛的发展和应用。
在风力发电系统中，风轮叶片是风能转化为机械能的关键部件，其性能直接影响着风力发电机组的发电效率和可靠性。
本文将基于飞行力学概念，探讨海上风力发电风轮叶片气动形状的优化方法。
1. 引言风能作为一种绿色、清洁的能源资源，已经成为全球能源转型的重要方向之一。
而风力发电作为利用风能转化为电能的技术手段，多年来一直备受关注和推崇。
海上风力发电由于海上风能资源更加丰富，风力资源强度更高，冲击力更稳定等优势而备受瞩目。
2. 风力发电系统中的风轮叶片风力发电系统中，风轮叶片是将风能转化为机械能的关键部件。
它们承受着风力的冲击和惯性力的作用，需要具备良好的结构强度和气动性能。
3. 飞行力学概念在风轮叶片优化中的应用飞行力学研究了飞机和飞行器在空气中运动的力学规律。
借鉴飞行力学概念，可以有效地进行风轮叶片的气动形状优化。
3.1 升力和阻力的平衡风轮叶片在运行过程中要同时满足产生足够的升力以推动转子运转，又要尽可能减小阻力以提高发电效率。
飞行力学中的升阻比原理可以被应用于风轮叶片的气动形状设计中。
3.2 空气动力学的模拟与优化算法利用CFD（计算流体力学）等数值模拟方法，可以对风轮叶片的气动性能进行准确的仿真分析。
在此基础上，可以运用优化算法对风轮叶片形状进行优化设计，以达到最好的气动性能。
4. 海上风力发电风轮叶片气动形状优化方法基于飞行力学概念的海上风力发电风轮叶片气动形状优化，可以遵循以下步骤：4.1 定义优化目标在优化设计的初期，需要明确叶片的优化目标。
例如，最大化叶片的升力系数，最小化叶片的阻力系数，提高叶片的结构强度等。
4.2 设计参数的选择确定需要优化的叶片设计参数，例如叶片的弯曲度、扭转角、厚度分布等。
这些参数会直接影响到叶片的气动性能。
4.3 数值模拟与优化算法的选择选择合适的数值模拟方法，例如CFD等，来对叶片的气动性能进行仿真分析。
考虑气动弹性的风力机叶片外形优化设计李松林;陈进;郭小锋;孙振业【摘要】In this paper, we establish a novel aerodynamic model that considers the influence of aeroelasticity. In this model, we introduce a new quantity-the twisting angle of a loaded blade. We also propose an optimization mod⁃el that maximizes the wind power coefficient at the wind speed is proposed for the pitch regulation wind turbine. We defined the chord length and twist angle distributions as design variables, and then established the mathematical op⁃timization model for considering aeroelasticity for an 850 kW wind turbine blade. Lastly, we designed a wind tur⁃bine blade using a genetic algorithm. The optimization results show that, compared with the reference blade, the maximum power coefficient of the optimized blade was improved, and the output power of the optimized blade in⁃creased at most by 23 kW while reducing the mass. This proposed design method provides a theoretical foundation for designing high⁃performance and low⁃cost wind turbine blades.%针对气动弹性对风力机性能的影响，引入叶片受载时的扭转角，建立了考虑气动弹性的风力机空气动力学模型。
T = 1.148 × 106 ω − 1.279 × 106 (20 根据优化后的气动外形参数，计算出风能利用系数与叶尖速比关系，如图 9 所示曲线。
对曲线上的点多次试算后按 8 次曲线拟合，表达式为Cp = 2.157 × 10−8 λ 8 − 2.049 × 10 −6 λ 7 + 8.214 × 10−5 λ 6 − 1.805 ×10 −3 λ 5 + 0.02359λ 4 − (21 0.1853λ 3 + 0.8289λ 2 − 1.779λ + 1.451 ω /(rad/s 由式 (17 和式 (18 求出点(ω0，T0 和点(ω1，T1 的值分别为 (1.99， 1.005 × 106 ，(1.592, 5.481 × 105 ，代入式(19中，有 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 2 4 6 8 10 v /(m/s 12 14 16 18 20 22 图11 ω − v 关系曲线根据上述公式，可以计算出风轮转速从ω1 变化至ω0 时对应的风能利用系数 Cp ，如图 10 所示；在此基础上，得到风速与风轮转速关系曲线如图 11 所示。
可见，在低于额定风速时，风轮转速随风速增加而增加，在高于额定风速时，风轮转速保持不变。
根据图 11 中风轮转速与来流风速的关系，可以计算得到风速与风轮捕获功率之间的关系，如图 12 所示。
当风速高于其设计风速时功率保持在额定值不变，此时风轮转速不再变化，功率的限制通过改变桨距角实现。
图 13 给出了在不同风速时，桨距角的设计值，从图中可以看出在额定风速以下桨距角保持不变，在额定风速以上，随着风速的增加桨距角快速增加。
6 2.2 ×10 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 (ω 0 , T 0 (ω ′, T ′ Cp max =0.4865 (ω 1 , T1 P/(MW 5 10 v / (m/ s 15 20 25 图12 ω v − P 关系曲线图8 转矩—转速关系曲线β / deg v / (m/ s 图 13 风速与桨距角关系图9 λ − Cp 关系曲线 4 风轮CFD 仿真分析由于设计计算所采用的叶素—动量理论是一种近似的计算理论，误差不可避免。
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。
毕业设计论文新型1.5MW风电机组叶片模型的三维建模与强度分析学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
（宋体小4号）作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
本学位论文属于1、保密□，在_________年解密后适用本授权书。
2、不保密□。
（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：年月日导师签名：年月日目录摘要 (1)前言 (1)1.风力发电简介 (2)1.1风力发电现状 (2)1.2风力发电趋势 (4)1.3风力发电机叶片现状 (4)1.4研究内容 (7)1.5 常用翼型介绍 (7)2.叶片建模 (8)2.1叶片建模方法比较 (8)2.2翼型选择 (9)2.3叶片各截面空间实际坐标的求解 (11)2.4叶片立体图的pro/e建模实现 (12)3.叶片有限元分析 (15)3.1翼型主要设计参数 (15)3.2叶片载荷计算 (16)3.3模型导入ansys进行分析 (19)4.结果分析及优化方向 (24)4.1工况结果分析 (24)4.2优化方向 (30)5.结论与展望 (32)5.1结论 (32)5.2展望 (32)致谢 (32)参考文献 (33)新型1.5MW风电机组叶片模型的三维建模与强度分析摘要：随着环境问题的日益突出，能源供应的渐趋紧张，对可再生能源的开发利用，尤其是对风能的开发利用己受到世界各国的高度重视;本文论述了风力发电的优势及风力发电产业在中国的发展及现状，并结合风机叶片的结构和运行工况进行了以下方面的探讨。
