叶片数对尾缘加弯板垂直轴风力机功率影响数值模拟

中国工程热物理学会流体机械学术会议论文编号：087074大型风电叶片的模态测试与数值模拟毛火军1，石可重1，李宏利1（中国科学院工程热物理研究所，北京 100190）(Tel:010-825430399, Email:maohuojun@)摘要：近年来，风电机组越来越向大型化方向发展，叶片长度迅速增大，这使得风电叶片的动态响应研究越来越重要。

本文利用中科院工程热物理所与保定国家新能源产业基地合作建立的风电叶片检测平台对某MW级风电叶片进行了全尺寸模态试验的研究。

试验采用不测力法，分挥舞和摆振两个方向对叶片的振动模态进行了测试。

将采集到的时域信号进行处理，得到叶片的振动特性。

之后针对大型风电叶片的特点，对叶片结构进行了简化，并在此基础上建立叶片计算模型，利用有限元方法对叶片的模态进行了数值模拟，得到叶片的振动特性。

通过对有限元模态计算和试验模态分析结果的比较，验证了计算方法的可靠性。

最后，分析了两种模态分析方法的优缺点，为有限元方法在叶片检测和设计中的应用提供有力参考。

关键词：风电叶片；模态测试；数值模拟0.前言近年来随着叶片长度的增大，叶片柔度也开始增加。

这使得叶片的失稳问题越来越受到关注。

另外，叶片的失效在很多情况下都归因于共振应力所引起的疲劳。

如果要延长叶片寿命，则必须降低叶片共振动应力。

这些都使得风电叶片的动态响应研究越来越重要。

模态分析是研究结构动态响应最常用的方法。

一个系统的动态响应可以分解为一系列离散的模态的形式。

这些模态参数包括：模态频率、模态阻尼、模态振型等。

模态分析分为试验模态分析和计算模态分析两种方法。

国内学者对两者都有一些研究，但由于现代风电叶片的尺寸大，成本高，因而现有的试验模态研究都是局限于长度不超过1m 的小叶片上[1]，对大型风电叶片的试验模态分析的研究还有所欠缺；在计算模态分析中，对叶片结构的处理也稍显粗略。

本文利用中科院工程热物理所与保定国家新能源产业基地合作建立的风电叶片检测台进行了1.5MW级38m风电叶片的试验模态研究，并针对叶片结构特点进行了适当简化，在此基础上利用有限元方法进行计算模态分析。

标题：基于马格努斯效应的风力机叶片流场的数值模拟一、概述在风能的开发利用中，风力机叶片是至关重要的部件之一。

对于风力机叶片的设计，流场分析是不可或缺的一步。

基于马格努斯效应的风力机叶片流场的数值模拟，是当前领域内的热门研究方向之一。

本文将从基本理论、数值模拟方法、实际应用和展望未来等方面进行全面评估和探讨。

二、基本理论基于马格努斯效应的风力机叶片流场的数值模拟，首先需要了解马格努斯效应的基本原理。

马格努斯效应是指在流体中旋转的圆柱或球体上，由于离心力和压力差异引起的力，使得该物体产生一个垂直于流动方向的力。

在风力机叶片上，当风通过叶片时，叶片的旋转运动会引发马格努斯效应，从而增加叶片的升力，并使得风力机整体性能得到提升。

三、数值模拟方法针对基于马格努斯效应的风力机叶片流场的数值模拟，常用的方法包括有限元法、有限差分法和计算流体动力学（CFD）方法等。

其中，CFD方法是当前应用较为广泛的一种数值模拟方法。

通过建立叶片的几何模型、设定边界条件和流动参数，利用数值计算的手段，可以较为准确地模拟出风力机叶片流场的细节和特征。

四、实际应用基于马格努斯效应的风力机叶片流场的数值模拟，在实际应用中发挥着重要作用。

通过对叶片流场的数值模拟分析，可以优化叶片的设计，提高风力机的发电效率和稳定性。

也可为新型风力机叶片的设计提供重要参考，促进风能的可持续利用。

五、展望未来随着风能产业的快速发展和技术的不断创新，基于马格努斯效应的风力机叶片流场的数值模拟仍有许多发展空间。

未来，可以进一步改进数值模拟方法，提高模拟精度和计算效率。

也可结合实验验证，加深对叶片流场行为的理解，为风能技术的进步提供更加可靠的支持。

六、个人观点和理解在我看来，基于马格努斯效应的风力机叶片流场的数值模拟是一项具有广阔前景的研究领域。

通过深入探索马格努斯效应的作用机理，结合先进的数值模拟技术，可以为风力发电行业的发展注入新的活力，并为可再生能源的可持续利用提供坚实的技术支持。

1.5MW风力机风轮叶片气动性能数值模拟与分析的开题报告【摘要】本文主要介绍了一项关于1.5MW风力机风轮叶片气动性能数值模拟与分析的研究，探讨该风力机的性能参数，为风力发电项目提供科学依据。

本文主要包括以下内容：研究背景和意义，国内外研究现状分析，研究内容和方法选择，预期成果和应用价值等。

【关键词】1.5MW风力机，风轮叶片，气动性能，数值模拟，分析【研究背景和意义】风能是一种碳中和的可再生能源，其在全球能源结构中正逐渐崭露头角。

风力发电技术的发展也有着举足轻重的地位，其中，风力机的性能是影响整个系统运行效率的重要因素之一。

其中，风轮叶片是风力机最核心的组成部分之一，它的气动性能影响着风力机在风能利用上的效率和经济性。

因此，研究和优化风轮叶片的气动性能，对提高风力机的发电效率和减少成本有着极为重要的意义，对于加速风力发电技术的普及应用具有深远的意义。

【国内外研究现状分析】目前国内外在风力机风轮叶片气动性能数值模拟与分析方面均有一定的研究。

国内主要集中在华南理工、哈尔滨工业大学等高校和研究机构，国外则主要集中在美国、欧洲等发达国家。

在研究方法上，数值模拟和实验相结合是一种常见的研究手段。

数值模拟可以在较短时间内获取大量数据和信息，为后期实验提供基础数据和方向；而实验可以验证和修正数值模拟结果，同时提供实际运行中的数据。

近年来，随着计算机技术的发展，基于三维数值模拟的研究得到了广泛的关注和发展。

【研究内容和方法选择】本文将选择1.5MW风力机作为研究对象，结合数值模拟方法，对风轮叶片的气动性能进行模拟和分析。

需要进行以下内容的研究：1. 确定该风力机的性能参数，包括功率、转子直径、叶片数等。

2. 根据设计参数，建立风力机三维模型，并进行网格划分。

3. 应用计算流体力学中的理论和方法，对叶片的气动性能进行数值模拟和分析，并确定气动力特性参数。

4. 结合实验验证结果，修正分析模型，得到更精确的气动参数数据。

基于风洞实验和数值模拟的风力发电机组叶片设计与性能优化风力发电作为可再生能源的重要组成部分之一，在可持续发展的背景下，具有巨大的发展潜力。

风力发电机组的叶片设计和性能优化是提高风力发电机组发电效率和可靠性的关键。

一、风洞实验在风力发电机组叶片设计中的应用风洞实验是一种模拟大气中的风场环境，通过对风力发电机组叶片进行试验，获取流场信息及叶片受力情况，为叶片设计与性能优化提供实验数据。

风洞实验可以定量地测量风力对叶片的作用力和研究叶片的振动特性，进一步完善叶片结构和形状。

1. 流场分析：风洞实验可以通过测量风场的速度分布、风向角等参数，揭示叶片在实际工作状态下的流动特性。

通过风洞实验，可以绘制出叶片表面的压力分布等流场参数，为叶片优化设计提供依据。

2. 受力分析：风洞实验能够准确测量风力对叶片的作用力，包括风速、风向对叶片的压力及力矩的作用。

通过风洞实验获取受力数据，可以优化叶片材料和结构，提高叶片的刚度和抗风能力。

3. 振动分析：风洞实验可以模拟真实的风速和风向，对叶片进行振动测试。

通过测量叶片的振幅、频率等参数，可以评估叶片在不同工况下的振动性能，进而优化叶片结构，提高叶片的稳定性和寿命。

二、数值模拟在风力发电机组叶片设计中的应用数值模拟是一种通过计算机模拟叶片在风场中的流动情况，获取叶片流场分布和受力情况的方法。

数值模拟方法可以对叶片的设计方案进行评估和优化，辅助风力发电机组叶片设计工作。

1. 流场分析：数值模拟可以通过计算流体力学方法，对风力发电机组叶片在风场中的流动进行模拟和分析。

通过分析流场参数，如速度分布、压力分布等，可以准确预测叶片的性能，并且可以快速评估不同叶片设计的效果。

2. 受力分析：数值模拟可以计算叶片在风力作用下的应力分布和载荷情况。

通过模拟叶片受力情况，可以评估叶片的刚度和抗风能力，并优化材料和结构设计。

3. 噪音分析：数值模拟可以模拟叶片在运行过程中产生的噪音。

通过分析噪音源的位置和特性，可以优化叶片设计，减少风力发电机组产生的噪音，提高风力发电机组的环境适应性。

叶片数与弦长配比对垂直轴风力机性能的影响随着全球非化石能源需求的增长，风能作为最具发展潜力的可再生能源之一，得到了越来越多的关注。

垂直轴风力机是其中一种比较新兴的风力发电设备，与传统的水平轴风力机相比，它具有体积小、结构简单、噪音低等优点，并且在复杂的城市环境中使用更加方便。

然而，垂直轴风力机与水平轴风力机最大的不同之处在于其叶片数与弦长的配比对性能的影响。

针对这个问题，本文将对叶片数与弦长配比对垂直轴风力机性能的影响进行探讨和分析。

首先，我们需要了解叶片数和弦长的概念。

叶片数是指风力机的叶片数量，它直接决定了风力机的扫风面积和风能利用效率。

弦长则是叶片延着风轴方向的长度，它决定了叶片的载荷分布和阻力系数。

一般来说，垂直轴风力机的叶片数为2~6片，弦长为叶片宽度，由于叶片数和弦长的变化会对风力机的性能产生直接影响，因此在设计垂直轴风力机时，叶片数和弦长的选择至关重要。

首先，让我们来看一下叶片数对风力机性能影响的实验结果。

实验表明，当叶片数从2增加到6时，风力机的起动风速和转速都会略微降低，但是达到峰值的转矩和功率将会明显增加。

这是因为增加叶片数可以增加扫风面积，进而增加风能利用效率。

但是叶片数过多也会导致叶片之间的干扰和阻力增加，从而降低风力机的性能。

接下来我们再来看一下弦长对风力机性能的影响。

实验表明，当弦长增加时，风力机的起动风速会略微升高，但是风能利用效率也会随之提高，并且风力机的噪音也会降低。

这是因为增加轮廓弦长使得叶片载荷分布更加均匀，并减小叶片的阻力。

然而，如果弦长过小，则会导致叶片载荷分布不均匀，从而造成叶片疲劳和损坏。

由此可见，叶片数和弦长是风力机性能的重要参数，设计者需要根据具体的使用环境和需求来灵活选择。

在一些空间受限的场所，叶片数过大可以增加风力机的转矩和功率，但是叶片数太大也会限制其适用场合，比如在城市中心区域。

而在一些触及空气动力特性的场合，过小的叶片也无法在充分利用其扫风面积的情况下发挥其最大性能。

垂直轴风力机叶片与圆柱形塔架相互干涉的数值模拟张立栋;毕远瑛;李少华;王擎【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)004【摘要】为了研究垂直轴风力机叶片与中心圆柱形塔架之间的相互干涉,以Sandia 型达里厄风力机为研究对象,建立二维模型.基于Spalart-Allmaras湍流模型,对三叶片Sandia型达里厄风力机在四个不同位置,进行了多组工况的数值模拟.研究分析了叶片与圆形塔架相互干涉的二维物理特征、叶片吸力面负压面积大小的变化、叶片表面所受压力规律性的变化与影响圆柱塔架的升力和阻力系数的原因.研究结果对于揭示垂直轴风力机风轮尾迹的物理机理,优化风力机结构,增加风力机的气动弹性稳定性和减少噪声辐射有重要的理论价值.【总页数】6页(P194-199)【作者】张立栋;毕远瑛;李少华;王擎【作者单位】东北电力大学能源与动力工程学院,吉林132012;东北电力大学能源与动力工程学院,吉林132012;中国大唐集团科学技术研究院有限公司,北京102206;东北电力大学能源与动力工程学院,吉林132012【正文语种】中文【中图分类】TK831.2【相关文献】1.叶片尾缘加弯板垂直轴风力机转矩特性数值模拟 [J], 李岩;张婷婷;田川公太朗;冯放;郑玉芳;公维佳2.升阻复合型垂直轴风力机叶片与涡的相互干扰研究 [J], 张海杰;黄典贵;吴国庆;王颖达3.基于ANSYS的垂直轴风力机塔架的力学分析及结构优化 [J], 王印军;任勇生;孙丙磊;宋玉壁4.叶片数对尾缘加弯板垂直轴风力机功率影响数值模拟 [J], 李岩;赵守阳;姜禹;冯放;张婷婷5.考虑叶片与塔架耦合作用的风电塔架风振响应分析 [J], 刘海卿;于春艳;杜岩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

垂直轴阻力型风力机功率计算与Fluent数值模拟
赵炜;李涛
【期刊名称】《机械与电子》
【年(卷),期】2010(000)001
【摘要】以一小型风力机作实例,运用2种方法分别计算垂直轴阻力型风力机的风能利用率.一种方法是通过对风力机叶片受力分析,利用风力和功率计算公式,借助Matlab工具计算;另一种方法是利用Fluent软件分析风力机在给定风速下的气动性能,仿真叶片气动流场流态,并计算叶轮的扭转力矩和风能利用系数等参数.比较2种方法的优缺点,有助于垂直轴风力机的设计研发.
【总页数】4页(P68-71)
【作者】赵炜;李涛
【作者单位】昆明理工大学机电工程学院,云南,昆明,650093;昆明船舶设备集团有限公司,云南,昆明,650051
【正文语种】中文
【中图分类】TK83
【相关文献】
1.垂直轴阻力型风力机功率计算方法研究 [J], 陈忠维
2.垂直轴阻力型风力机平均功率计算及分析 [J], 陈忠维
3.阻力型垂直轴风力机聚风装置研究现状 [J], 张周周;陈建;徐洪涛
4.整流式垂直轴阻力型风力机性能的数值研究 [J], 王治云;李猛;杨茉
5.直角变桨阻力型垂直轴风力机气动性能研究 [J], 苗艺男;李祥利;韩晓耀;曹颜楠;关玉明
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垂直轴微风发电机的叶片设计与模拟分析的开题报告一、研究背景和目的风能是一种免费、清洁、可再生的能源，其在世界各地得到了广泛的应用和发展，成为了未来能源发展的重要方向之一。

在风能发电技术中，垂直轴微风发电机具有体积小、重量轻、噪音低、转速稳定等优点，被广泛应用于城市建筑、居民社区、乡村地区等场所。

然而，垂直轴微风发电机的叶片设计成为其发电效率的关键因素。

因此，本研究将着重针对垂直轴微风发电机的叶片进行设计与模拟分析，旨在提高垂直轴微风发电机的发电效率，优化其在城市、乡村等场所的应用。

二、研究内容和方法本研究的主要内容是基于数值模拟与实验分析相结合的方法，开展垂直轴微风发电机的叶片设计与模拟分析。

具体实施步骤如下：1、对垂直轴微风发电机进行结构分析，确定其基本参数，包括叶轮半径、叶轮宽、叶片倾角、切入风速、切出风速等。

2、根据叶轮结构参数的基础上，选择合适的材料（如纤维增强复合材料等），确定叶片的形状和尺寸。

同时，考虑到叶片的强度及其在风场中的受力情况，优化叶片的厚度、形状等参数。

3、利用商业软件（如ANSYS Fluent等）对叶片进行数值模拟分析，包括流场仿真、应力分析等，得到叶片在不同风速下的性能参数（如叶片扭转角、力矩、功率和效率等）。

4、针对数值模拟结果，优化叶片结构参数，有效提高垂直轴微风发电机的发电效率。

5、结合实验室条件，利用试验平台对垂直轴微风发电机的发电性能进行实验验证，与数值模拟结果进行比较。

三、预期结果和意义本研究通过针对垂直轴微风发电机的叶片进行设计与模拟分析，可以得到以下预期结果：1、优化垂直轴微风发电机的叶片结构参数，提高其发电效率。

2、实现数值模拟与实验相结合的设计方法，为垂直轴微风发电机的设计提供一种新思路。

3、为城市、乡村等场所提供一种环保、清洁、高效的能源解决方案，具有一定的社会和经济意义。

四、研究计划本研究计划于2021年3月开始，预计研究时间为2年。

主要研究计划安排如下：1、2021年3-6月：文献调研、研究背景和目的、设计方法等方面的研究。