水平轴风力机叶片设计及自动化建模.pdf

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1、第31卷第3期能源技术Vo1．31No．32010年6月ENERGYTECHNOIOGYJun．2010水平轴风力机叶片设计及自动化建模刘小卡，竺晓程，杜朝辉(上海交通大学机械动力工程学院，上海200240)摘要：根据葛劳涡理论模型和给定的设计目标参数，给出了小型水平轴风力机叶片的设计方案和叶片各层截面的空间坐标计算方法。为了提高风力机叶片三维建模的效率，利用UG二次开发技术开发了风力机叶片的自动三维建模程序，并介绍了一个算例。关键词：水平轴风力机；叶片设计；二次开发；三维建模中图分类号：TK83文献标志码：A文章编号：1005—7439(2010)03-0155—04The

2、BladeDesignandAutomaticModelingofHorizontalAxisWindTurbineLIUXiao-ka，删Xiao-cheng，DUZhao-hui(ScholofMechanicalandPowerEngineering，ShanghaiJiaotongUniversity。Shanghai200240，China)Abstract：BasedontheGlauerttheory，thebladewasdesignedforthesmall-scalehorizontalaxisturbineaccordingtOthegivengoalp

3、arameters．Andthenthemethodofcalculatingtheairfoilspatialcoordinateswasgiven-whichprovidedthesourcedatafortheblade3D-modeling．BasedontheUGsecondarydevelopmenttechnology，anautomatic3D-modelingprogrammewasdevelped，whichimprovedthemodelingefficiency．Keyw~'ds：horizontalaxisturbine；bladedesign；se

4、condarydevelopment；3D-modeling风力机气动设计理论模型较多，这些模型在计确定各截面弦长和安装角。算过程都大量数据需要处理，特别是作为风力机系1．1风轮直径统关键的能量转化部件，为了达到较好的气动效果，在设计输出功率和风力机额定风速给定的条件一般风力机叶片的截面形状比较复杂，沿翼展方向下，可根据如下经验公式确定风轮直径：扭转角和弦长都发生变化，三维建模过程中的手动P一0．2D操作特别繁琐，容易出错，故叶片的三维建模实现自式中：P为风轮输出功率，W；D为风轮直径，m；V动化可以加快风力机气动的设计工作，具有十分重为风速，m／s。要应用价值。为了提高开发

5、效率，本文在葛劳涡气1．2叶尖速比和叶片数B动理论模型基础上，根据给定水平轴风力机的设计不同用途的风力机有不同的叶尖速比要求，例目标参数，对某小型风力机叶片进行设计，并给出叶如风力发电机最好选择叶尖速比较高的快速风轮片各层截面的空间坐标计算方法，为叶片建模提供(o为5-8)，如果风力机用于提水或加工谷物，则数据来源；同时还利用UG二次开发技术，自动读取叶尖速比约为1～2。翼型的空问坐标数据文件，生成三维实体模型，为下叶片数B的选择取决于叶尖速比的大小，表1一步的分析和研究提供便利。给出了不同叶尖速比和叶片数的选取关系。由于三叶片风力机转子质量分布均匀，故运行平稳，一般情l风力

6、机叶片的设计况下选用较多。通常，风力机叶片的设计的主要任务是确定风表1叶尖速比和叶片数的对应关系轮直径D和叶尖速比。，以及截面翼型、弦长z和叶片安装角等气动参数，一般先根据总体方案确定叶尖速比、叶轮直径，然后再根据气动理论模型来·155·，J箜：水平轴风力机叶片设计及自动化建模1．3叶片翼型叶片翼型的气动特性决定了风力机气动效率。选用翼型要球性能良好同时便于制造。早期的叶片设计采用的是技术成熟、升阻特性较好的传统航空一翼型(如NACA44XX系列等)，但实践表明这些翼liI型并不能很好满足风力机的使用要求，现在都采用专为风力机设计的翼型，例如$8o9翼型Ⅲ，图1是该翼型的截面

7、图，图2当雷诺数Re为0．75×10e时$809翼型的气动特性。图3风轮涡流系统0．4速度因子忌函数。令一o，可以解得最佳轴向速O．30．2度因子是的关系式：O．1。／——＼。一～I厂l·I．．I。V—O．2(一O．1．．最佳轴向速度因子k和最佳周向速度因子h可一O．2以记为：一O．3k一~／。+lcosO—0．4h_√1+1图1$809翼型截面图其中：1．5一号tg-+詈1．O。同时，当地功率系数Cp(志)取最大值时沿风轮●_0．5。}／半径r处的叶片倾角z满足关系式：～u．．一．⋯．一．ctgI—-