风力机叶片气动外形设计和三维实体建模研究

针对大型风电机组叶片最佳设计攻角、升力系数呈非线性变化问题,基于叶素-动量理论,通过Wilson设计法,对1.2MW风电机组叶片的气动外进行了设计形.并在此基础上提出了风力机叶片的三维建模方法,即利用点的坐标转换理论来计算叶片各截面翼型的空间实际坐标,然后运用Pro/ENGINEER的三维曲面功能来对叶片进行三维实体建模.     

风力机叶片三维建模与力学特性分析研究

风力机叶片的三维建模与静力学和动力学分析是开展风力机叶片可靠性分析和优化设计的前提。通过给定翼型的二维离散坐标点来计算叶片上位置叶素所对应模型信息,结合三维建模和有限元分析软件,开展了入流风载荷作用下叶片的静强度、模态和谐响应分析,获得了叶片结构的最大应变、应力、典型振动模态和（0～120）Hz激励频率作用下变形量的频响峰值,为大中型风力机叶片（基于疲劳失效）的结构优化设计和可靠性分析提供重要参考。     

风力机叶片立体图的设计

按照叶片设计的实际过程，在涡流理论设计叶片参数的基础上，提出了一种能在计算机上立体显示叶片截面及结构的设计方法。即基于点的坐标的几何变换理论求解叶片各截面在空间实际位置的三维坐标，基于三维几何建模理论对叶片实体建模。本研究为风力机叶片及其它相似复杂形体的计算机绘图提供了依据，为叶片进一步分析奠定了基础。     

风力机叶片设计与建模

根据叶片的特点,通过点的坐标的几何变换理论,采用MATLAB软件求解叶片各截面在空间实际位置的三雏坐标;并利用Pro/E的三维造型功能,以11 kW风力机叶片为例,对叶片进行实体建模,为叶片进一步分析奠定基础.     

大型风力机叶片三维建模方法的研究

由于大型风力机叶片结构复杂,为了分析叶片的工作性能,目前主要运用专门开发的软件,或采用三维建模软件与有限元软件结合起来的方法。这种分析方法的过程中,存在着诸如其他三维软件与ANSYS软件之间的不确定的格式等问题。针对这样的问题,提出一种在有限元软件ANSYS上直接建立叶片三维模型的方法;并且在目前叶片截面的翼型坐标计算式的基础上,改进其计算过程,使得计算结果更加精确。最后利用ANSYS软件完成叶片的三维建模,整个建模过程精确,简洁,方便。     

风力机叶片优化设计及模态分析研究

以叶素-动量理论为基础,对1.0 MW风力机叶片进行气动外形设计。采用Wilson方法建立叶片外形设计数学模型,模型考虑了叶片梢部损失、根部损失和轴向、周向干扰因子对叶片空气动力学性能的影响,以MATLAB为工具实现对各外形参数的求解,并对计算结果进行线性化修正处理,获得了优化的弦长和扭角。通过坐标变换原理将翼型二维离散数据点转换成叶片三维空间坐标点,另外在变换坐标过程中结合图形学,将坐标的旋转变换转化到绘图过程中实现。绘制叶片各截面的空间样条曲线,基于Pro/E的自由曲面造型功能对风力机叶片进行建模,并采用ANSYS软件对叶片进行模态分析,得到了叶片的固有频率及振型,为风轮动力学分析奠定了基础。     

大型风力机叶片气动外形设计及三维实体建模研究

针对大型风力机叶片气动外形设计方法,基于动量-叶素理论,通过Wilson设计法,对1.5MW风力机叶片进行气动外形设计,并提出一种风力机叶片三维建模的方法 ,为叶片的气动性能计算和结构设计与分析奠定了基础。     

兆瓦级风力机叶片外形设计及其三维建模

针对兆瓦级大型风力发电机叶片最佳设计攻角和升力系数沿叶片展向呈非线性分布的情况,对传统Willson设计方法进行修正,优化设计叶片的气动外形。并结合优化得出的叶片几何外形参数,运用点的坐标转换理论来计算叶片各截面翼型的空间实际坐标。利用CATIA软件完成叶片的三维建模。     

微型风力机叶片结构优化设计与仿真分析

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Matlab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立叶片三维模型,并利用Fluent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。     

大型风力机三维建模及流固耦合分析

以2MW风力发电机为研究对象,通过翼型设计软件Profili及Matlab推导出叶片翼型三维坐标。利用UG将此三维坐标拟合成叶片截面样条曲线,扫掠曲线得到叶片三维模型,然后在UG中建立塔架和机舱模型并完成风力机模型的整体装配。应用ANSYS对风力机进行流固耦合分析,得到了风力机在空气流场作用下的压力分布情况,将此压力加载到风力机上进行静力学分析,得出风力机在空气流场下的应力、应变分布情况并结合实际应用对仿真结果进行了详细的分析。研究成果对大型风力机的结构优化设计有重要的参考意义。     

基于UG的风力机叶片参数化建模方法研究

对风力机中最关键和最基础的部件--叶片进行了参数化建模方法的研究.结合坐标变换关系,运用EXCEL强大的数据处理功能,对叶片翼型上各离散点数据进行处理,得到各离散点空间坐标;基于UG的自由曲面造型功能,采用三次B样条拟合方式绘制了叶片截面的空间样条曲线,构建了该风力机叶片的空间三维模型.提出的方法,大大提高了建模效率.为后续结构强度、叶片的力学特性计算提供基础.     

3MW海上风力机叶片的三维建模及模态分析

叶片作为风力机的重要部件,对其进行合理的设计至关重要.研究了兆瓦级水平轴风力机叶片的设计流程,针对海上风电机组所处的复杂外部环境,选择合理的设计参数,设计出满足海上工作环境的3MW水平轴式风力机叶片;使用三维绘图软件,完成叶片的三维实体建模;运用有限元方法,选定叶片材料的特征参数,进行叶片的模态分析,确定了叶片的振型模态,并对比分析叶片各阶的振型模态结果.结果表示,该叶片的固有频率与外部激振频率不重合,避免了共振破坏的发生.     

基于Creo Parametric的风机叶片建模方法研究

由于风机叶片在三维软件中直接建模的复杂度,探讨了一种较快捷创建风机叶片的建模方法。利用NACA软件生成叶片翼型截面离散点坐标,并将结果导入Creo Parametric软件。通过混合等命令,将多段翼型截面曲线生成光滑的叶片曲面模型,并对生成的实体表面进行了曲面分析与检查。最后利用Flow Simulation等软件,对叶片进行了流体仿真及模态分析,得出了叶片压力最大值在叶片的设计承受范围内,且叶片一阶固有频率远大于风机转动时的频率,叶片发生共振的可能性很小的结论,很好的证明了叶片建模方法的可行性和实用性。通过这种建模方法,将很大程度减少叶片在设计时的工作强度与难度,提高设计人员的设计效率。     

分布式能源用垂直轴风力机的结构优化设计

基于计算流体动力学(CFD)平台,以k-ε模型求解N-S方程的方式,分析了垂直轴风力机(VAWT)的三维结构,对分布式能源用小型垂直轴风力机的特性进行了建模与仿真计算,并通过结构对比分析,对结构进行了优化设计。在将现有叶片中的直平板改为流线型设计结构后,大大提高了该垂直轴风力机的风能利用系数。而在叶片中间加入小挡板后对提高垂直轴风力机的风能利用不明显。此外,对比验证了三种叶片结构风轮的性能,确定了该类垂直轴风力机最佳叶片数。为该类垂直轴风力机的设计与优化提供了借鉴和参考。     

风电叶片三维参数建模及振动分析

利用目前风力机叶片设计普遍采用的优化设计方法Wilson设计方法,通过MATLAB编程,开发了小型叶片气动设计的应用程序,并利用该程序设计了一台3kW小型水平轴风力机叶片.采用MATLAB和ANSYS共同建立了风力机叶片三维有限元参数模型,MATLAB编制的建模程序提高了初期设计效率,缩短了ANSYS分析前处理时间.在此基础上进行了叶片固有振动特性计算,分析了叶片的振动特性及其与结构参数之间的关系,分析方法和结果对风电叶片的结构设计和动力分析有一定的参考价值.     

风力机叶片设计及翼型气动性能分析

叶片作为风力发电机最关键的部件,其气动特性好坏对于风力发电至关重要。以750 k W风力机叶片为例,采用Wilson设计方法对叶片进行设计。在此基础上,应用流体计算软件CFD对所选翼型进行气动分析,得出翼型表面压力随攻角变化关系。该方法可提高风力机叶片等复杂曲面的建模效率并可对叶片后续的气动性能分析奠定基础。     

基于叶素-动量理论及有限元方法的风力机叶片载荷分析和强度计算

风力机叶片是整个风力发电机组的核心部件,其结构需保证风力机可以有足够的刚度、强度和稳定性.风力机叶片所受载荷是强度分析的关键.运用CATIA对风力机叶片进行三维建模,得到叶片的外型参数.基于叶素-动量理论(BEM)对风力机在正常工况下所受到的载荷进行分析和计算,并利用有限元软件(ANSYS)对其进行应力分析,得到了叶片上的应力分布规律,并对其进行了强度校核.分析结果可为风力机叶片载荷研究做参考.     

一种离心叶轮三维叶片的快速成型方法

为了缩短离心叶轮叶片的三维设计周期，实现闭式离心叶轮自由曲面叶片的三维快速成型，本文提出了一种基于叶片中间面的自由曲面叶片快速成型方法。首先，采用三次均匀B样条理论对叶片中间面曲线坐标进行双向加密重构；然后，结合空间曲线参数方程及空间矢量相加法，则以重构后的中间网格面为基准建立初始叶片三维网格模型；最后，采用叶片中间面曲线坐标点绕轴旋转形成的空间曲线和初始叶片三维微元网格求交，求解获得单个自由曲面叶片曲面离散坐标。整个叶片三维建模过程可实现不同前、尾缘及厚度形状组合的离心叶轮三维叶片快速成型；该方法和传统的CAD建模方法相比，其调整叶片形状更加快捷便利，不仅能够提高离心叶片三维建模精度和效率，而且为叶片三维模型设计及优化提供了帮助。     

基于CATIA二次开发的风电叶片三维建模

风电叶片的模型结构较为复杂,手工进行三维建模工作需花费较多的时间和精力,为实现风电叶片的自动化建模,提出了一种基于CATIA的风电叶片建模方法。首先通过NACA软件得到翼型的原始坐标,然后经过从弦线坐标系到叶片坐标系的坐标转换,得到翼型实际空间坐标,最后在CATIA中建立风电叶片的三维模型。根据上述建模方法,基于Visual Basic平台对CATIA的二次开发功能,通过编制程序生成具有自动建立风电叶片三维模型的软件。应用实例表明:所开发的软件能快速、高效、智能地建立风电叶片三维模型,并具备生成各种不同的风电叶片外形模型的功能。     

大型风力发电机复合材料叶片动态特性分析

以1.2 MW风力机叶片为研究对象,采用参数化建模技术建立大型风力机复合材料叶片的三维有限元壳模型,在此基础上采用拟波前子空间迭代法准确计算了基于多因素耦合作用下复合材料叶片的固有频率和振型。进而分析了不同形式的振动对旋转叶片的影响机理,该计算方法对大型复合材料风力机叶片的结构设计具有一定的参考价值。