微型风力机叶片结构优化设计与仿真分析.pdf

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1、机械设计与制造第12期74MachineryDesign&Manufacture2014年12月微型风力机叶片结构优化设计与仿真分析杨江，王雅萍，朱目成，赵冬梅(西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室，四川绵阳621010)摘要：针对目前风力机对低速风力资源的利用较少，设计了一种适用于低风速的微型风力机叶片。采用Wilson设计方法建立了以叶片形状参数安装角和弦长为设计变量的数学模型，通过Madab编写程序计算3W风力机叶片参数并对设计变量做线性优化以利于工程加工。在得到参数的基础上基于点的坐标几何变换理论建

2、立叶片三维模型，并利用F1uent仿真，仿真结果表明叶片的功率为2．91W，与设计额定功率相差3％，满足工程误差。通过此方法设计的微型风力机叶片能获得较高的精度，满足工程要求，为实际生产提供数据支撑。关键词：风力机；叶片；Wilson方法；Matlab中图分类号：THI6；TK83文献标识码：A文章编号：lO01—3997(2014)12—0074—04OptimizationDesignandSimulationAnalysisofMicro——ScaleWindTurbineBladesStructureYAN

3、GJiang，WANGYa-ping，ZHUMu-cheng，ZHAODong—mei(KeyLaboratoryofTestingTechnologyforManufacturingProcessMinistryofEducation．SouthwestUniversityofScienceandTechnology，SichuanMianyang621010，China)Abstract：Aimingotthelessl1．~eoflow—speedwindFeSOil,reeS，itgive~ndesigno

4、fmicro-scalewindtu,rbinebladesforlowwindspeed．ThemathematicalmodeZofarotorbladehasbeenworkedoutbasedonWilsontheoryandthedesignvariablesarcthetwistangleandthechordlength，andthissubjecthasadoptedMatlabastoolstowriteforthe3wbladedesigncalculationprogram．toobtainp

5、arameters，thenoptimizationofthedesignvariablesforengineeringprocessing．The3DmodelisdrawnbasedonthepointofthegeometryofthecoordinatetrarL~formationtheory，andsimulatedbyFluent．Thesimulationresultsshowthatthepowerofthebladeis2．91W．comp-aringwiththeratedpower．andt

6、heresultisless3％tomeettheengin~eeringeFrors．Thedesignofmicrocwindturbinebladesbythismethodcanobtainhigheraccuracytomeettheprojectrequirementsandprovidedatasupportfo，theactualproduction．KeyWords：WindTurbine；Blade；WilsonMethod；Matlab设计采用Wilson法并通过Matlab编程it-算得到了

7、，一种适1引言用于微型风力发电机的叶片，同时采用Fluent软件对设计进行了当前能源危机日益严重，风能以其诸多优点成为社会关注计算验证。的焦点。对于风能的使用，主要依靠发电机将风能转化为电力进行传输和加以利用。由于传统风力发电机对风能的要求较为苛2气动设计理论及流程刻，风力发电一般都布置在近海及峡谷等风速较高、风能资源丰2．1气动设计理论富的地方_】1。相对于大型风力机，小型风力机的适用面较广，能更风力机叶片的设计主要包括叶片数、叶片直径、翼型的选好的适应低风速环境，由于其结构尺寸较小采用直驱式永磁结择、转速、安装

8、角和弦长等参数的确定[2l。风力机叶片设计巾最常构，能提高发电机的效率，降低成本。增加系统的可靠性。近年来，用的方法是Glaue~法和Wilson法：Glauert法是考虑了风轮后界对小型风力发电机的重视越来越高，特别是适用于低风速启涡流流动的叶素理论，引入了气流轴向r扰因子和切向下扰动的小型发电机，其市场也越来越广。微型发电机由于功率较小子，其计算复杂精度