轴流风机机翼型叶片参数化建模方法

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水平轴风力机叶片翼型流场的数值模拟

清洁能源与新能源水平轴风力机叶片翼型流场的数值模拟闫海津,李佳,胡丹梅(上海电力学院能源与环境工程学院,上海200090)摘要:为了直观形象地探讨水平轴风力机叶片翼型的气动特性,利用计算流体力学软件FLUENT对水平轴风力机叶片常用翼型NACA63425流场进行了数值模拟,得出了翼型NA-CA63425在不同来流攻角下的升力系数、阻力系数、升阻比和不同流攻角下的流场流线图和翼型表面的压力分布。

根据模拟结果对不同攻角下尾迹漩涡分离流动进行了分析和比较,得出该翼型气动特性随攻角的变化规律。

关键词:翼型;流场;尾迹分离;数值模拟中图分类号:T K83 文献标志码:B 文章编号:1005-7439(2010)02-0081-04Numerical Simulation on the Airfoil Flow Field of Horizontal Wind Turbine BladesYAN Ha-i jin,LI-Jia,HU Dan-mei(Scho ol of T hermal power&Environmental Engineer ing,Shanghai U niv ersity of Electr ic Po wer Shang hai200090,China)Abstract:T o discuss and analyze the air foil of ho rizo ntal wind tur bine blades mor e dir ect v iew ing and viv id,the airfo il N ACA63425used widely in the hor izontal w ind tur bine blades is numerically investigated by the Co mputatio na l F luid Dy namics softw are.T he co ef ficient s of lift and drag as well as the pr essure and velo city distr ibut ion are calculated in different angle of flow at tack fo r air foil N A CA63425.A nalysis and co mpar ison the vor tex separat ion flo w under the different ang le of flow attack,which wo rks o ut the aero dy namics cha racterist ics o f the airfo il N A CA63425.Keywords:a irfo il;flow;vo rtex separ ation;numerical simulation水平轴风力机运行时,如果翼型来流的攻角较大,绕翼型的流动边界层就会严重分离,因此准确获得翼型的气动特性对于风力机叶片设计非常重要,但是这种复杂的分离流动现象采用试验的方法测量非常困难,而且大量的试验将使翼型的设计周期延长和成本增加。

基于SolidWorks的风机叶片的三维建模

6.29
8
16.25
1.70
3.98
9
19.5
1.48
2.35
10
22.75
1.26
1.21
11
26
1.04
0.30
度，且各个基准面之间的间距为相邻两个弦长翼型剖面之间的间距，所得的基准面创建如图 2 所示，然后打开插入选项，选择曲线导入选项，选取通过 x，y，z 点的曲线导入选项，将获得空间坐标导入，如图 3 所示。
2 风机叶片 3D 建模成型Fra bibliotek方案流程2.1 翼型的选择与主要参数
首先我们要明确风机叶片的三维建模、翼型选择很
重要，叶片的三维实体建模是翼型选择的依据［2］。目前，
我国主要使用普通的低速航空翼型。本次设计，笔者将
选用 NACA4432 翼型剖面，由 NACA 二维翼型数据小软件
获取翼型的数据曲线，并选取截面上 59 个参数点的坐
1 SolidWorks 软件简介
SolidWorks 软件是世界上第一个基于 Windows 开发的三维 CAD 系统，其技术创新符合 CAD 技术的发展潮流和趋势。SolidWorks 具有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得 SolidWorks 成为领先的、主流的三维 CAD 解决方案［1］。
③设计所需目标参数：距离叶轮中心位置不同半径的弦长，不同翼型截面的扭转角。各个截面的弦长与扭转角见表 1。
由计算得到的弦长与扭转角，可以进行翼型空间坐标转换，放大翼型坐标的倍数，导入到建模软件中即可显示各个翼型曲线的位置与大小差别，然后可通过各个翼型得到三维模型。
3 叶片的三维建模
3.1 叶素翼型的坐标空间转换方法由 NACA 二维翼型小软件获得 NACA4432 翼型的曲线如图 1 所示，获取翼型剖面的 59 个二维坐标，然后将其添加到 z 轴上。

轴流风机叶片仿生长耳鸮翅膀

仿生学论文姓名：学号：学院：班级：日期：2014-6-5目录前言 (2)关键词 (2)一、长耳鸮翅膀羽毛形态学特征 (3)1.长耳鸮简介 (3)2.翅膀形态测量 (3)3.三维几何特征测量 (3)4.羽毛结构形态测量 (3)4.1翅膀表面沟槽形态和后缘锯齿结构参数测量 (3)4.2初级飞羽(P10)特征提取 (3)二、长耳鸮翅膀模型的建立与优化 (3)1.光滑翅膀三维模型 (4)1.1光滑翅膀三维模型的建立 (4)1.2光滑翅膀三维模型的优化 (4)2.翅膀耦合前缘梳子锯齿维模型 (4)三、轴流风机叶片的仿生 (5)1.长耳鸮翅膀气动和声学性能研究 (5)1.1光滑翅膀模型的加工 (5)1.2气动和声学性能测试 (5)2.轴流风机叶片的仿生 (5)2.1轴流风机叶片表面仿生改进 (5)2.2轴流风机叶片翼型仿生改进 (5)四、我的观点 (6)五、参考文献 (7)轴流风机叶片仿生长耳鸮翅膀前言鸮俗称猫头鹰，目前有220多种，大多数在夜间活动，主要以啮齿类动物为食。

由于夜间视线不良，鸮飞行时主要依靠声音进行导航并对猎物进行定位，为了使声音导航定位系统不被干扰，也需要降低自身滑翔噪声。

鸮这种无声滑翔能力，是其独特翼型及翅膀羽毛结构等决定的。

鸮近似椭圆形的翅膀能高效滑翔很长距离。

由于需要无声飞行并且依靠声音定位，鸮翅膀整体特殊结构与羽毛形态，都是为此专门设计的。

风机，是一种将机械能转换为气体动能的机械。

提高风机效率节约能源，是发电企业亟待解决的重大技术难题。

目前，大都采用改变叶片倾向和掠向，改进翼型等方法来改善风机的气动性能，但许多是针对某种风机或某运转工况下风机性能改进，而且有些虽然实现了风机气动性能的提高，但气动噪声却增大了，因而始终没有找到普遍有效的改进方法。

因此，运用仿生学，寻找新技术、新思想来提高气动机械气动特性，增大运行效率并降低运行的气动噪声，对于节能增效及环境保护具有重要的现实意义。

关键词长耳鸮、形态学特征、翅膀模型、轴流风机叶片一、长耳鸮翅膀羽毛形态学特征1.长耳鸮简介长耳鸮，属鸟纲鸮形目鸱鸮科耳鸮属，是著名的猛禽，俗称夜猫子。

风机叶片根端连接螺栓的参数化建模及分析

风机叶片根端连接螺栓的参数化建模及分析张东灿;王东;张启应【摘要】利用有限元分析软件ANSYS参数化设计语言即APDL,高效快速建立参数化风机叶片连接部分的有限元模型。

通过高强度叶根螺栓连接叶片根部和变桨轴承外圈,并对螺栓施加一定的预紧力。

在预紧力和外部载荷共同作用下,ANSYS进行接触非线性计算,对叶根螺栓进行静力结构分析和强度校核,为叶片根端连接的设计优化提供指导。

通过该方法可以提高叶片根端模型建模效率,缩短连接螺栓设计及校核周期。

%ANSYS software parametric design language, APDL, is used to estabish the FEA model of the blade root connection effi-ciently. The blade root and pitch bearing outer ring are connected by the high strength bolts and the certain amount of preload is exer-ted on the bolt.Throagh the contact nonlinear calculation in ANSYS, the static analysis and strength check of the blade root connect-ing bolts and under the combined action of the preload and external load, the help is provided for the blade connecting design and optimization. This method can be used to improve the efficiency of FEA modeling and shorten the design and check cycle of the con-necting bolts.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】3页(P177-179)【关键词】风机叶片;参数化设计语言;叶根螺栓;预紧力【作者】张东灿;王东;张启应【作者单位】国电联合动力技术有限公司上海研发中心，上海200062;国电联合动力技术有限公司上海研发中心，上海200062;国电联合动力技术有限公司上海研发中心，上海200062【正文语种】中文【中图分类】TH13;TB115.1在全球能源危机和环境危机日益严重的背景下，风能作为一种清洁的可再生能源越来越多的受到各国政府的重视。

利用FLUENT软件模拟地铁专用轴流风机二——弯掠组合翼型叶(精)

文章编号:　1005—0329(2003)12—0011—03利用F LUENT软件模拟地铁专用轴流风机(二)———弯掠组合翼型叶片轴流风机杨东旭1,由世俊1,田　铖1,刘　洋1,谢乐成2,苗宏伟2,秦学志2(11天津大学,天津　300072;　21天津通风机厂,天津　300151)摘　要:　通过CFD模拟的分析结果与实测数据相结合,验证了弯掠组合翼型叶片的风机具有较高的风机性能,并且说明了采用变频控制的节能意义。

关键词:　弯掠组合翼型风机;CFD模拟;变频控制;风机效率中图分类号:　T U83414 文献标识码:　ACFD Simulation of Axial2flow F an in Subw ay by F L UENT Softw are(2)———Axial2flow F an with Curve2slide Aerofoil’s B ladeY ANG D ong2xu,Y OU Shi2jun,TI AN Cheng,LI U Y ang,XIE Le2cheng,MI AO H ong2wei,QI N Xue2zhiAbstract:　CFD analysis result and experiment result are utilized.A new fan which has relatively high fan performance is tested,and conversion control’s significance is illustrated.K ey w ords:　curve2slide aerofoil’s blade;CFD simulation;frequency conversion control;fan efficiency1　前言轴流风机叶轮的气动性能是决定风机性能的主要因素,而叶轮叶片的剖面形状又是决定风机性能的关键。

有关文献中已介绍了许多种翼型,其中最先进的莫过于航空上使用的飞机机翼翼型,因此对航空翼型的研究愈来愈引起人们的关注。

风扇叶片建模实例PPT

9、用“偏置面”命令，对叶片与小圆柱接触的面进行偏置，距离为2. 10、用“变换”命令，将叶片绕Z轴旋转120°，复制2次. 11、用“求和”命令，将叶片与小圆柱合为一体.
8
风扇叶片建模步骤
12、对圆柱顶端倒圆角，半径12. 13、在圆柱底面创建“孔”，直径20，深度28.
9
风扇叶片建模实例
——UG 0
风扇叶片模型
2
风扇叶片建模步骤
1、拉伸一圆柱体，直径30，高40. 2、用“偏置曲面”命令，偏置圆柱面，距离80.
3
风扇叶片建模步骤
3、在YZ面上绘制下列草图.
4
风扇叶片建模步骤
3、用“投影”命令，将2条曲线分别投影到小圆柱和大圆柱上，投影方向为X轴。 4、隐藏大圆柱。
5
风扇叶片建模步骤
5、用“编辑/曲线长度”命令，调整2条投影曲线的长度，短曲线2端都缩短-6，长曲线2端都缩短-40. 6、用“通过曲线组”命令，创建曲面.
6
风扇叶片建模步骤
7、用“加厚”，将曲面向2侧加厚，厚度为1. 8、用“边倒圆”，对叶片尖角倒圆角，左边R=40，右边R=22.
7
风扇叶片建模步骤

基于Solidworks的风力发电机叶片的建模方法

内蒙古工业大学学报JOU RN AL O F IN N ER M ON G OL IA第30卷第2期 U N IV ERSIT Y OF T ECHN O LO GY V ol.30No.22011文章编号:1001-5167(2011)03-0081-05基于Solidworks的风力发电机叶片的建模方法王志德1,胡志勇1,曹艳2,李艳霞3,张国兴1(1.内蒙古工业大学机械学院2.内蒙古工业大学理学院3.内蒙古工业大学图书馆呼和浩特010051)摘要:以G52-850kW风力发电机风轮叶片为例,利用Glauert涡流理论相关原理完成风力发电机风轮叶片的设计,基于三维CA D造型软件So lidw or ks,作出叶片断面的草图,用三种方法实现了叶片三维造型,对这三种建模方法进行了比较,具有一定的现实意义和实用价值。

关键词:风轮叶片;建模;造型分析中图分类号:T P391.72;T P31 文献标识码:A0 引言风轮是风力发电机(以下称风力机)最重要的部件之一。

风力机就是依靠风轮把风所具有的动能有效转化为机械能并加以利用。

风轮的设计好坏对风力机有重大影响。

现代风力机风轮通常是采用三叶片的上风或下风结构。

风轮叶展形状、翼型形状与风力机的空气动力特性密切相关。

目前,在风力机风轮叶片的气动设计方面,还没有系统的设计模型和方法,只有针对某一方面的模型,这些模型还无法归纳成一套可靠的系统设计模型。

一台好的风力机应当尽量增加升力而减小阻力,使之尽量趋于最大值,以增加风力机的风能利用系数。

叶片气动设计主要是外形优化设计,这是叶片设计中至关重要的一步。

外形优化设计中叶片翼型设计的优劣直接决定风力机的发电效率,在风力机运转条件下,流动的雷诺数比较低,叶片通常在低速、高升力系数状态下运行,叶片之间流动干扰造成流动非常复杂。

针对叶片外形的复杂流动状态以及叶片由叶型在不同方位的分布构成,叶片叶型的设计变得非常重要。

基于Geomagic Design X 的轴流式风机叶片逆向建模

基于Geomagic Design X 的轴流式风机叶片逆向建模作者：孔艳艳来源：《黑龙江工业学院学报（综合版）》 2017年第7期摘要：以轴流式风机叶片为例，详细阐述了逆向建模的思路和流程，并利用逆向工程软件Geomagic Designx对点云数据进行处理，得到了高质量的三维模型，并通过LiveTransfer 技术将模型导入到Solidworks软件中。

该方法既可获得高质量的三维模型，还可缩短产品开发周期，具有较好的应用价值。

关键词：Geomagic Design x软件；逆向建模；轴流式风机叶片中图分类号：TH432.1文献标识码：A轴流式风机具有结果简单、稳定可靠、噪声小的特点，通常用在流量要求较高而压力要求较低的场合。

风机叶片作为轴流式风机的关键部件，其设计与制造精度直接关系到风机的使用性能。

目前逆向工程的研究主要以几何形状重构的逆向建模技术为导向，以产品原型的数字化模型重构为中心，以反求产品的几何形状等为主要目标，这种方式在增强设计能力、提升效率和质量等方面具有极大的优势。

本文以风机叶片为例对零件进行逆向建模研究，通过使用扫描仪和GeomagicDesign x软件快速创建零件的三维模型，这对于提高零件的设计质量和缩短产品研发周期具有重要意义。

l 风机叶片数据扫描1.1 Win3 DD三维扫描仪简介逆向的基础是数据采集，一般是通过3D激光扫描仪来快速获取产品表面点云数据。

本文使用的Win3 DD扫描仪是北京三维天下公司依据德国光学扫描仪检验标准VDI/VDE2634开发的三维测量装置。

该装置采用独有的相机数学模型，充分考虑各类图像畸变对数据采集的影响，结合高性能的图像处理技术及高精度的亚像素边缘检测枝术-将各类误差产牛的可能件降到最低：还具有易学、易用、便携、安全、可靠等特点，扫描精度达O．01～0．1mm，配套的扫描操作软件用户界面简单明了：灵活的快捷按钮和导航功能使扫描、编辑数据非常轻松方便：还具有全自动的点云拼接功能，无需用户干预，无需第三方软件，一键完成扫描过程，并且达到极高的识别精度。

水平轴风力机叶片的实体建模研究

ＮＣ４１ＡＡ４２翼型．其最大相对厚度为４．位置在弦长的％
关键词风轮叶片坐标变换建模
中图分类号：８１１ＴＫ３．
文献标识码：Ａ
文章编号：６２９６（０００ — ０５０１７ — ０４２１）６０１ — ３
风能资源由于具有可再生和无污染的特点．来越受到越电力行业高度的重视据有关资料显示．０９年全球风电装２０
决定性的意义［。然而．于风力机叶片截面形状复杂．别２］由特
１．叶片的几何参数的获取２该７０Ｗ的水平轴风力机，采用３叶翼展方向存在扭转角和渐缩的弦长．片的三维建模就叶
／ — — — ＼
。
随着高性能计算机的普及。数值模拟技术的飞速发展．风力机的气动模拟计算、动模拟计算等都对风力机的三维振造型有更高的要求。风力机叶片又是风力机中最关键．是也
片的尺寸比较大．所以选用厚度较小的、有弯度的
１叶片的具体尺寸的确定．３叶片的具体尺寸的确定主要是对叶片的各截面空间实际坐标的确定，中有很多的原理．图形变换原理．阵变其如矩换原理等．这里运用基于点的坐标的几何变换理论．解在求叶片各个截面在空间实际位置的三维坐标。具体的思路是：翼型上下弦数据（。ｖ）翼型以气动中心为原点的二维坐ｘ．ｎ一

《基于鸟类翼型的空调外机轴流叶片仿生设计及数值模拟》

《基于鸟类翼型的空调外机轴流叶片仿生设计及数值模拟》一、引言随着科技的不断进步，仿生学在各个领域的应用越来越广泛。

鸟类翼型以其独特的气动性能和高效能，为许多工程领域提供了灵感。

空调外机轴流叶片作为空调系统的重要组成部分，其性能的优化对于提高空调系统的能效和降低噪音具有重要价值。

本文旨在探讨基于鸟类翼型的仿生设计方法在空调外机轴流叶片设计中的应用，并通过数值模拟手段进行验证。

二、鸟类翼型的特点与启示鸟类翼型具有优秀的空气动力学性能，如升力大、阻力小、噪音低等。

其翼型结构、表面形态以及翼型表面的微结构等都是经过长期自然演化的结果，为航空、船舶、汽车等领域的工程提供了良好的仿生设计思路。

对于空调外机轴流叶片来说，鸟类翼型的流线型设计、弯曲的翼型截面以及翼型表面的光滑性等都可以为我们的设计提供参考。

三、仿生设计方法1. 设计思路在仿生设计中，我们首先需要对鸟类翼型进行深入研究，分析其翼型结构、表面形态等特征。

然后，结合空调外机轴流叶片的工作环境和性能要求，提取出可借鉴的元素，如流线型设计、弯曲的翼型截面等。

最后，运用现代设计手段，如CAD建模、CFD仿真等，进行仿生设计。

2. 设计流程(1) 建立数学模型：通过建立鸟类翼型的数学模型，了解其空气动力学性能和流场特性。

(2) 参数化设计：根据空调外机轴流叶片的性能要求，对鸟类翼型进行参数化设计，如调整翼型的弯曲程度、厚度等。

(3) 优化设计：运用数值模拟手段对设计进行优化，如通过改变翼型表面的微结构来降低噪音、提高能效等。

四、数值模拟数值模拟是验证仿生设计效果的重要手段。

我们采用计算流体动力学（CFD）方法对设计的空调外机轴流叶片进行仿真分析。

通过模拟空气在叶片周围的流动情况，分析叶片的空气动力学性能和流场特性，如升力系数、阻力系数、流线稳定性等。

同时，我们还对叶片的噪音性能进行仿真分析，以评估设计的优化效果。

五、结果与讨论通过数值模拟分析，我们发现基于鸟类翼型的仿生设计在空调外机轴流叶片上具有显著的优势。

风力机翼型参数化方法

ｃｎｒｌａｉｔｓｉｒｖｄｃｎｉｅｉｇｔｅｃａａｔｒｓｉｓｏｎｕｂｎｉｆｉ．ｏｔｏｌｂｌｙｉｍｐｏｅｏｓｄｒｎｈｈｒｃｅｉｔｃｆｗｉｄｔｒｉｅａｒｏｌＡｏｅａａｅｒｃｉｓｎｖｌｐｒｍｔｉｒｐｅｅｔｔｎｍｅｈｄｆｒｗｉｄｔｒｉｅａｒｏｌｓｄｖｌｐｄＦｎｌｅｒｓｎａｉｔｏｏｎｕｂｎｉｆｉｉｅｅｏｅ．ｉａｌｏｓｙ，ｗｉｈｔｅｃｍｐｒｓｎｒｓｌｓｏｈｔｈｏａｉｏｅｕｔｆｅｔｃｍｐｅｅｓｖｎｅａｌｄｒｐｅｅｔｔｎａｉｔｈｗｎｔｒｕｈｆｔｇｔｐｃｌｎｕｂｎｉｆｉ，ｈｏｒｈｎｉｅａｄｄｔｉｅｒｓｎａｉｂｌｙｓｏｈｏｇｉｉｙｉａｅｏｉｔｎｗｉｄｔｒｉｅａｒｏｌｔｅｓ
合对比，证了新方法具备全面细致的表达能力，一步以拟合Ｄ３Ｗ一１验进Ｕ９一２０为标准算例，其他方法进行气动与
特性的吻合表现对比，终验证了新方法的有效性。最
关键词：力机；型；数化；风翼参可控性；义Ｂｚｒ曲线广６ｉｅ中图分类号：Ｇ６２Ｔ６文献标识码：Ａ文章编号：０５２１（０２０ —３１０１０ —６５２１）３００ —６

基于SolidWorks的机翼型叶片造型

基于SolidWorks 的机翼型叶片造型潘地林施昆/安徽理工大学摘要：在分析翼型叶片造型计算方法的基础上，针对翼型叶片造型的难点，利用三维CAD 软件SolidWorks 提供的OLE 应用编程接口，使用VBA 开发了准确绘制叶片截面轮廓曲线的应用程序，并给出了叶轮三维建模的方法和步骤。

关键词：轴流式通风机与压缩机；叶片；造型中图分类号：TH432.1；TH453 文献标识码：B文章编号：1006-8155（2007）06-0040-04The Designing and Molding of Aerofoil Blades Based on SolidWorksAbstract: According to the difficulties of designing and molding aerofoil blades, a application program which can be used to exactly draw profile curve of blade section is developed with VBA, which is based on the analysis of calculation method for designing and molding aerofoil blades and adopts OLE provided by CAD software SolidWorks. And the method and step for impeller molding with 3-D are also presented.Key words: axial-flow fan and compressor; blade; designing and molding0 引言在轴流通风机和压缩机等产品设计开发过程中，叶片是关键零件之一。

其设计制造性能直接决定了整个机器的性能。

基于UG的风力机叶片三维建模

224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。

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轴流风机机翼型叶片参数化建模方法马静王振亚同济大学汽车学院上海（201804） Email:basei@163.com

摘要：本文通过创建翼型模板，结合Matlab与UG软件,探讨了风机翼型叶片参数化建模的方法，给出了翼型中线为圆弧时的翼型坐标算法、各截面安装角和站位的处理方法以及Matlab实现程序。并提出了叶片在UG建模时应注意的问题。文中提出的方法，减少了风机建模的工作量，缩短了风机CFD前处理周期，提高了风机流场CFD分析计算的效率和质量。关键词：叶片；参数化设计；UG；Matlab

1. 前言随着CFD技术的迅速发展，对风机流场计算分析的要求越来越多。风机仿真计算的前期工作量相当大，主要表现在机翼型叶片的建模，其中包括风机叶轮的机翼型叶片，机翼型前导流叶片和叶轮后的止旋片建模。通常在UG软件中输入大量的翼型坐标点是相当麻烦的，而使用*.dat文件导入这些数据的方法要方便的多，但是对不同的叶片计算截面采用*.dat文件手工导入翼型坐标点的工作量仍然非常大，并且修改起来也不方便。通过分析可知，叶片不同计算截面的翼型曲线是相似的，同种翼型只因弧长以及中线形状不同而不同，因此完全可以考虑采用参数化建模的设计方法。采用这种方法可以缩短建模时间，节省大量的工作量，且所建的模型也易于修改。因为在对风机流场进行CFD分析计算时改变风机叶片翼型是对风机模型的重大修改需要花费大量的时间，有了这种方法可以较轻松的完成修改。本文就是基于这种思想，介绍了用Matlab与UG两个软件结合进行风机叶片参数化建模的方法，本方法利用Matlab强大的数据处理能力处理翼型离散点[1]，用UG强大的三维曲面建模能力构建叶片

复杂曲面。

2. 翼型离散点的参数化处理 2.1 翼型模板的建立翼型模板的建立是实现参数化设计的第一步，建立翼型模板库是一个积累的过程，需要将每次用到的翼型和收集到的有价值的翼型参数通过手工输入，建立起翼型模板库，在进行风机叶片建模时就可以非常方便的从翼型模板库里直接调出所需要的翼型。在Matlab中可以通过一个两列矩阵建立起翼型模板，第一列输入原始翼型的/xl值，第

http://www.paper.edu.cn 1二列输入原始翼型的值，再存成以翼型名称命名的.mat文件即可。有了翼型模板，在进行叶片建模时就可以根据各计算截面的翼型弦长，直接得到原始翼型各离散点的坐标值。 /yl

2.2 实际翼型的处理实际翼型有很多种，大部分都是在原始翼型的基础上通过改变翼型中线的形状得到的，其中最常见的是中线为圆弧或多段圆弧组合的翼型，因此这里以圆弧翼型为例，给出翼型坐标点的变换算法及Matlab程序，多段圆弧可作相似处理。此算法有三个目的： 1. 使原始翼型变为中线为圆弧的翼型 2. 使翼型的几何中心与坐标原点重合，以便于后期叶片拉伸建模方便。 3. 使翼型的安装角与设计相同，以便于后期叶片建模。算法思想：先在圆柱坐标系下进行变换，以中线圆弧圆心为原点，用半径r和角度θ坐标确

定翼型各离散点位置，再转换到笛卡尔坐标系中，以便于UG导入。算法实现： 1. 将原始翼型的X坐标转换为圆柱坐标系下的θ坐标：

Xlθα=×

其中：α--翼型中线圆弧所对应的圆心角 l--翼型中线圆弧长

2. 将原始翼型的Y坐标转换为圆柱坐标系下的r坐标： rRY=+ 其中：R--翼型中线圆弧半径

3. 再将翼型安装角转为零： 12

αθθ=−

。

4. 将翼型转至需要的安装角β： 21θθβ=+

5. 将圆柱坐标系下坐标(,)rθ转化到相同原点的笛卡尔坐标系下的坐标(,)xy： 2cos()xrθ=×；2sin()yrθ=× 6. 最后将翼型几何中心移到坐标原点：

http://www.paper.edu.cn 2rcxxx=− rcyyy=− 其中：,ccxy

--翼型几何中心坐标

,rrxy--转换完的翼型离散点坐标

2.3 叶片各截面翼型参数化设计的Matlab实现基于以上翼型模版和实际翼形处理算法的思想，在Matlab中编写m文件，对叶片所需各截面翼形离散点进行批处理。下面以NACA叶型为例给出Matlab程序的框架。此段程序是可以同时处理叶片的所有各截面翼形的，各截面的处理后的最终坐标存放在Results单元中。本程序中使用结果保存的Results采用cell格式，可以很好的管理、存放各不同截面翼形的数据，其中每一个小单元都是一个三列矩阵，存放一个截面翼型的(,,)xyz坐标，这对

于之后的输出*.dat文件是很有帮助的，得到的截面翼型的(,,)xyz坐标直接复制到记事本

中，以截面站位坐标为文件名，保存为.dat文件以供UG导入。

NACA=[ ; ]; %翼型模板建立 %初始化参数 C=[ ]; %弧长 c=0.4; %型心位置与弧长比 theta=[ ]; %圆心角 r=[ ]; %截面站位 beta=[ ]; %安装角 deta=0.5.*theta; alpha=(c-0.5).*theta+beta; %开始处理 RR=R(C,theta); %RR中线圆弧半径 CC=RR.*theta.*pi./180; n=size(r,2); Results=cell(,); %结果保存单元创建for i=1:n N=CC(i).*NACA(:,2); T=theta(i).*NACA(:,1)-deta(i)+beta(i); RTop=RR(i)+N;

xTop=RTop.*sin(T/180*pi); yTop=RTop.*cos(T/180*pi); RBottom=RR(i)-N; xBottom=RBottom.*sin(T./180*pi); yBottom=RBottom.*cos(T./180*pi); one=ones(,1); RRX(i)=-sign(alpha(i)).*RR(i).*sin(alpha(i)/180*pi); RRY(i)=RR(i).*cos(alpha(i)/180*pi); Bottom(:,1,i)=xBottom-RRX(i); Bottom(:,2,i)=yBottom-RRY(i); Bottom(:,3,i)=r(i).*one; Top(:,1,i)=xTop-RRX(i); Top(:,2,i)=yTop-RRY(i); Top(:,3,i)=r(i).*one; Results(i,1)={Bottom(:,:,i)}; Results(i,2)={Top(:,:,i)}; end

3.风机叶轮三维几何造型 3.1 叶片曲面生成 *.dat文件导入UG，就可以用三次样条曲线拟把包含各个截面站位的翼形离散点数据的

http://www.paper.edu.cn 3合这入，然后在下拉菜些离散点，生成各截面的翼形曲线，然后再通过UG中网格曲面生成的功能，使曲面通过各截面的翼形曲线，这样就可以得到三维的叶片曲面了。具体操作如下：首先，打开UG新建一个部件，然后进入建模模式，选择工具菜单中的插单下选择曲线中的“样条”，在弹出的对话框中选择样条生成方式为“通过点”，在曲线类型中选择“多段”，曲线次数为“3”次，之后选择“文件中的点”选项，这时找到你已经按上一章方式创建好的.dat文件打开，然后在选择约束方式的对话框中，你可以在对翼型斜率或曲率有特殊的地方，加入斜率或曲率的限制条件，如果没有则直接按“确定”，这时就生成了一条通过翼形离散点的三次样条曲线。按照此方法，导入一个叶片的各个控制站位截面的翼形离散点的.dat文件，生成各个控制站位截面的翼形曲线如图1所示。

图１然后在插入菜单中选择网格曲面中的“通过曲，然后依次选则各截面曲线，这里选择

面由于在过渡部分曲率变化比较剧烈，会出现扭曲现象，曲面线”选项曲线是有方向性的，应尽量选择每个曲线的相同部分以保证各个曲线方向一致（如图2），这点要特别注意，不然就生不成高质量的曲面了。然后在弹出的曲面参数中按照需要定义参数，这里按默认参数进行生成（如图３）。 3.2 叶片曲面的检查与修整通常情况下这样构造出来的曲的质量不是很好[2]。可以使用UG的外观造型模式中使用“曲率梳”和“光影分析”工具进行分析检查，在不合要求的曲面区域可以用“剪裁片体”的命令将其切除，然后再将这个面补齐并和周边的面进行匹配，以达到要求。在这里如果叶片建模的目的仅仅是用于CFD分析，则不需要十分精确的建模，因为叶片网格数量的限制，网格近似模型的精度远远要粗于我们现在建模的精度，因此在这里除非曲面有很严重的缺陷，否则不须用过多精力在修改几何模型上。

http://www.paper.edu.cn 4 图２图３ 3.3 叶轮几何模型，则可以通过UG中的“特征引用”功能中的“环形矩阵”工具或使4．结束语 Matlab和UG结合起来进行叶片参数化建模的方法，并提出了构建翼的生成有了一个修整好的叶片模型用“编辑”菜单中的“变换”命令手动旋转复制生成其它叶片，然后再对轮毂（Hub）进行几何建模。最后将叶片与轮毂的几何实体进行“合”的布尔运算，使其生成一个完整实体，这样就处理好了叶片与轮毂之间的交接线问题，这点对后期的叶轮面网格生成是很重要的，否则叶片面网格与轮毂面网格的衔接会带来很大的麻烦。最后使用“剪裁体”工具中的圆柱面剪裁，将叶顶多余部分剪除，留出叶顶间隙，最后生成风机外罩（shroud），完成叶轮几何建模（如图４）。由于许多划分网格的工具，几何控制能力都不是很强，因此为了后期网格划分的方便，模型建立时的注意事项：首先是叶片与轮毂之间的交线处理，划分网格的叶片曲面区域要明确，这之前已经提到；其次是，如果只算一个或几个叶栅的话，则最好留好分割线；最后，注意叶片与轮毂之间的位置关系要精确，不要出现裂口或突出一块的现象，这些都将给后期网格划分带来很大麻烦。

本文介绍了一种使用型坐标函数库思想，提出了当翼型中线为圆弧时的翼型坐标算法和各截面安装角和站位的处理方法，以及它们的Matlab实现（当然也可使用其它计算软件实现，如Excel等）。通过一个实例，演示了一个叶轮三维几何模型生成的全过程，并提出为了后期网格划分的方便，建模时应注意的事项。希望通过本文的介绍，可以缩短风机叶片建模的时间，提高CFD前处理的质量和效率。

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