Aerodynamics Analysis of Small Horizontal Axis Wind turbine blades by using 2D AND 3D modelling

水平轴风力机叶片的截面与动力特性分析

区家隽;李学敏;徐林

【摘 要】风力机叶片在旋转过程中受重力和离心力作用,产生动力刚化导致固有频率增加.文章以NRELPha-seⅥ风力机叶片为对象,在其内部分别添加圆形腹板、单腹板和双腹板,建立3种不同截面的叶片三维模型,并结合复合材料对叶片铺层进行动力学分析.结果表明,叶片采用的铺层方案能有效避免共振,并且3种叶片模型的重量均接近叶片的真实值.在额定转速下,3种腹板叶片的一阶频率增量随腹板的厚度增加而增加,但在两倍额定转速时,单腹板和圆形腹板的一阶频率增量随腹板厚度增加而减少;同时,腹板中的双轴向玻璃布材料以±45°铺设时,一阶固有频率最大,而由动力刚化引起的一阶频率增量较其他角度小.

【期刊名称】《可再生能源》

【年(卷),期】2016(034)005

【总页数】6页(P681-686)

【关键词】复合材料叶片;铺层角度;腹板厚度;离心刚化;坎贝尔图;模态分析

【作 者】区家隽;李学敏;徐林

【作者单位】华中科技大学中欧清洁与可再生能源学院,湖北武汉430074;华中科技大学中欧清洁与可再生能源学院,湖北武汉430074;华中科技大学中欧清洁与可再生能源学院,湖北武汉430074

【正文语种】中 文

【中图分类】TK83 随着复合材料在风电领域的应用及生产制造等相关技术的发展，风力发电技术得到不断提高。叶片是风力机最重要的结构组件之一，叶片在旋转时受到离心力和重力的作用导致动力刚化，表征为固有频率增加。孙保苍利用500 W小型风力机叶片为研究对象，分析计算叶片各阶模态频率，结果表明当叶片高速旋转时，动力刚化现象对叶片固有频率有较大的影响[1]。胡国玉基于NREL 5 MW风力发电机叶轮叶片，结合柔性多体动力学理论及有限元分析方法，发现动力刚化效应对挥舞振动频率的影响比对摆振振动频率的影响更明显[2]。

水平轴风力机叶片目前主要由复合材料制造而成。由于复合材料具有质量轻，高强度比等特征，使得风力机叶片能够承受更大的气动载荷[3]。梁利华基于Tsai-Wu强度理论，研究铺层纤维方向对叶片的叶根、翼型过渡区域和翼型区域强度性能的特性，结果表明45°铺层纤维方向在几何突变附近区域表现出最优强度性能[4]。李仁年设置几组铺层方案进行叶片的模态分析，发现增加梁帽厚度使叶片一阶固有频率略有提高，叶片的相对位移也减少很多[5]。赵旭采用有限元方法和层合板模型，在气动力、离心力和重力载荷的静强度下对风机叶片进行分析，发现纤维沿展向铺层强度最高，变形和失效因子最小，沿切向铺层强度最差[6]。

可修改编辑

精品doc

哈 尔 滨 理 工 大 学

毕 业 设 计

题 目： 垂直轴风机叶片翼型的空气动力分析

院、 系： 建筑工程学院工程力学系

姓 名： 王健

指导教师： 隗喜斌

系 主 任： 李东华

2014年 6月 19日 可修改编辑

精品doc 哈尔滨理工大学

毕 业 设 计

题 目： 垂直轴风机叶片的空气动力分析

院、 系：

建筑工程学院工程力学系

姓 名： 王健

指导教师： 隗喜斌

系主任： 李东华

2014年 6月 19日可修改编辑

精品doc 垂直轴风机叶片的空气动力分析

摘要

随着化石能源的过度消耗以及环境问题，风能越来越受到重视，各国都在努力开发风能资源。近几年我国的风能发电事业有了很大的发展，但我国关于风力发电技术的研究仍远落后于先进国家，尤其是对叶片的研究。本文所研究的是一个应用于H型三叶片垂直轴风力机上的叶片，采用理论分析和数值模拟相结合的方法，主要工作和成果如下:

（1）回顾风力发电的研究背景，介绍以往垂直轴风力机的研究工作，并阐述了垂直轴风力机的空气动力学设计理论， 给出了垂直轴风力机的流管理论模型，分析了垂直轴风力机的运行状态。

（2）应用动量-叶素理论中的双盘多流管模型计算分析了相同雷诺数情况下多种应用较广泛的翼型。由此筛选出了较适合本文设计目标的翼型，并确定了用来进一步验证叶片性能的风轮结构的主要结构参数。

（3）利用Gambit软件建模、FLUENT软件进行流场分析，改变雷诺数、攻角和叶片翼型，通过对叶片升力、阻力、升阻比的变化趋势，得出NACA

基于 Qblade 和 Matlab 的风力机叶片设计与气动性能分析

肖云峰;高鹏远;张志莲;吕涛;周秀博

【摘 要】Qblade was used to calculate airfoil’s aerodynamic

parameters;having Wilson design model adopt-ed and Matlab

programming software considered to design small wind turbine blades

after processing the data concerned.Basing on the blade element

momentum theory,Qblade was employed to calculate aerodynamic

performance of the blades designed,including having Weibull distribution

based to calculate wind turbine per-formance.The calculation results prove

correctness of the program compiled and Qblade calculation software’ s

performance in correctly reflecting blade aerodynamic model;the better

balance between the time and accu-racy of the calculation can ensure right

calculation results and save the time in pre-design phase.%首先使用

Qblade 计算翼型的气动参数，将数据进行处理后，利用 Wilson 设计模型，结合

第42卷第3期2022年6月振动、测试与诊断Vol.42No.3Jun.2022JournalofVibration，Measurement&Diagnosis

风电叶片单轴疲劳试验弯矩匹配智能优化∗

郭艳珍1，隋文涛1，2，窦亚萍1

（1.山东理工大学机械工程学院淄博，255000）（2.山东省精密制造与特种加工重点实验室淄博，255000）

摘要为了使风电叶片疲劳试验中的试验弯矩与目标弯矩匹配，进而准确获得叶片疲劳特性，提出了采用改进的智能优化算法进行等效配重块布置的智能优化方案。通过模态试验参数辨识确定旋转质量块激振频率应等于叶片一阶固有频率，引入叶片自重作用弯矩分量并构建截面弯矩计算模型。基于差分进化变异的混合粒子群优化算法，以均方误差为适应度函数进行弯矩分布和幅值控制问题联合优化。采用LZ40.3‑1.5叶片进行优化技术应用，得出疲劳试验弯矩分布的主要影响因素为激振装置及配重块个数、质量及位置，所设计的算法将关键截面弯矩误差控制在7%以内，验证了单轴疲劳试验弯矩匹配的配重优化方案的正确性及可行性。

关键词风力叶片；疲劳测试；弯矩匹配；混合粒子群算法中图分类号TH113.1

引言

疲劳加载试验是风电叶片生产设计与检测环节

中的重要一环，其目的是检验叶片的结构、铺层和粘

接设计是否合理，在试验载荷循环作用下叶片能否

达到设计使用年限，确保叶片能够抵抗服役期间的

整个生命周期的载荷［1‑2］。旋转质量块驱动的风电

叶片单轴共振疲劳加载试验具有涉及硬件较少、控

制简单等优点，是风电叶片疲劳加载试验的主要实

现方式。单轴疲劳加载试验中试验弯矩与目标设计

弯矩分布情况相差较大，导致叶片承受试验载荷不

能完全等效为实际工况下的载荷作用，从而无法准

确获得叶片疲劳特性。多数叶片测试厂家仅通过经

验或简单计算获得风电叶片疲劳加载试验弯矩匹配

的配重方案，由此得到的疲劳测试数据精度不高，在

一定程度上造成了疲劳加载试验测试结果失真。

目前，风电叶片单轴疲劳加载试验弯矩匹配方面