小型低风速风力发电机叶片设计

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2、对92to.com的支持!文章编号：１００７—１４４Ｘ（２０１０）０５—０７２９—０４小型低风速风力发电机叶片设计钱杰，张锦光，吴俊（武汉理二｜＿＝大学机电工程学院，湖北武汉４３００７０）文献标摘要：利用ＣＦＤ软件Ｆｌｕｅｎｔ对ＮＡＣＡ４４１２和ＮＡＣＡ２３０１２两种常见的翼型进行气动性分析，研究了翼型二维流场中的压力分布情况，结果表明ＮＡＣＡ４４１２产生的升力要大于ＮＡＣＡ２３０１２产生的升力；针对小型低速风力发电机启动的特点，用Ｐｒｏｆｉｌｉ软件对ＮＡＣＡ４４１２翼型进行了改进，新翼型具有较高的升阻比，更能满低风速启动的要求；基于

3、贝茨理论并利用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ对小型低风速风机发电机叶片进行了设计与实体建模关键词：翼型；气动性分析；低风速；发电机叶片中图分类号：ＴＫ８ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—１４４Ｘ．２０１０．０５．随着传统能源的日益枯竭以及节能减排的需要，绿色能源尤其是风能越来越受到人们的重视。我国风电的发展很快，２００７年新增装机容量３４０万ｋＷ，累计装机容量达６０４万ｋｗ，超过丹麦成为世界第５风电大国，且当年装机仅次于美国和西班牙，超过德国和印度，成为世界上最主要的风电市场之一＿ｌＪ，２００８年除台湾省外新增风电机组５１３０多台

4、，装机容量约６２４．６万ｋｗ怛Ｊ。叶片是风机的关键部件，其成本约占整个风机的２０％，我国现在的叶片生产商数量不少，但大多是通过合资的方式生产叶片，对叶片的核心技术如翼型、材料等方面的研究不足，因此加强对叶片的研究是很有必要的。现在对叶片的研究广泛应用了ＣＦＤ（ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ）技术，即计算流体动力学技术，其原理是将空问域上连续的物理量的场用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值，ＣＦＤ可以看

5、作是在流体基本方程（质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程）控制下对流体的数值模拟，从而近似模拟流体流动的情况。尽管风机技术朝着大型化和离岸式的方向发展，小型风机的发展也同样重要，它可以为个人用户提供足够的电力，也具有足够的安全性。３Ｊ。叶片设计包括气动设计、叶片构造设计和结构个部分，其中气动设计包括：决定风轮直径数、叶片各剖面弦长、厚度、扭角分布及型ＨＪ。笔者重点针对翼型的选取及改进相关研究，并对叶片进行了三维建模。利软件Ｆｌｕｅｎｔ对ＮＡＣＡ４４１２和ＮＡＣＡ２３０１２两见的翼型进行气动性分析，这两种翼型系列中具有较高的升阻比特

6、性，而且对其较成熟，具有充分的代表性，因此，笔者研型在二维流场中的压力和速度的分布情况对比分析选取合适的翼型。１翼型的气动性分析１．１翼型的网格划分对ＮＡＣＡ４４１２和ＮＡＣＡ２３０１２两种翼型气动性分析，ＮＡＣＡ４４１２的含义为第一位表示最大相对弯度为４％；第二位数４表弯度位于翼弦前缘的４０％处；末两位数相对厚度为１２％，对流场采用远场边界ＮＡＣＡ２３０１２表示第一位数为机翼的升力系３／２０＝０．３；３０表示最大弯度相对位置的的２倍，即最大弯度相对位置在１５％弦长后两位数１２表示最大相对厚度为１２％。在ＧＡＭＢＩＴ中建立两种翼型的几

7、何模算域，对计算域进行的网格划分如图１和收稿日期：２０１０—０３—２５．作者简介：钱杰（１９８５一），男，湖北武汉人，武汉理工大学机电工程学院硕士研究生基金项目：武汉市学科带头人计划基金资助项目（２００９５１８３０５５７）．万方数据示。划分计算网格其本质就是把连续的空问变量用离散的网格点上的变量来近似，连续的控制方程在离散后就成为所有网格上变量的非线性方程组。为计算方便将整个计算域划分为左右两部分，翼型在左半部分里，分别对其进行网格划分，然后给计算域赋予压力远场边界条件，对翼型的上下表面分别设置为壁面边界条件。图１翼型计算域的图２ＮＡ

8、ＣＡ４４１２翼型周围网格划分计算域的网格划分将生成的网格文件导入Ｆｌｕｅｎｔ求解器，选择Ｓｐａｌａｒｔ—Ａｌｌｍａｒａｓ湍流模型，该模型比较适合有壁面流动的问题，对翼型绕流场能给出较好的计算结果。高雷诺数下层流的不稳定性