对风力机叶片气动载荷的优化研究

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1、机械设计与制造第l0期130MachineryDesign&Manufacture2014年l0月风力机叶片气动载荷的优化研究毕长飞(辽宁工程职业学院，辽宁丹东118008)摘要：为了研究垂直轴风力机的叶片气动性能。利用流固耦合法模拟了垂直轴风力机在实际工况下的气动载荷分析，模拟结果表明，由于翼型后部较薄，受到的变形应力最大。为了避免因叶片变形而引起风力机整体气动性能下降，提出了通过加大翼型后部厚度的方案来提高叶片的强度，并通过数值模拟对改进后的翼型做了气动性能分析，得出了适当的增加翼型后部厚度，并不会对翼型气动性能造成太大的影响，验证了此方案的有效性。这些研

2、究结论为今后垂直轴风力机的设计制造提供了一定的参考依据。关键词：垂直轴风力发电机；叶片翼型；气动载荷：边界条件；ANSYS；优化方案中图分类号：TH16文献标识码：A文奄编号：1001—3997(2014)10—0130～03ResearchonOptimizationofAerodynamicLoadsofWindTurbineBladeBIChang-fei(LiaoningGeologicalEngineeringofCareerAcademy，LiaoningDandong118008，China)Abstract：Inordertoresearchd

3、ynamicpefo~ancebladeofverticalaxiswindturbine，itusesthefluidsolidcouplingmethodtosimulatetheverticalaxiswindturbineiuinthe~tualconditionofaerodynamicloadanalysis。Simulationresultshowsthatmaxdeformationstressfocusthinback．Inordertoavoidbladedeformationincausingwindturbinesaerodynamic

4、per厂。cedecline，itproposesthickenbladebacktoimprovethebladestrength．Aerodynamicperformanceana!ysisisconductedwithdatasimulation，andresultshowsthatincreasingbladethickdoesnotinfluencebladeaerod~namicpe矿0r?nance，provingprogramvalidity，whichsetsfoundationforverticalaxiswindturbinedevelo

5、pment．KeyWords：TheVerticalAxisWindTurbine；LeafBladeAirfoil；AerodynalnicLoading；BoundaryCondition；ANSYS；TheOptimizationScheme1有限元国内外发展概况2ANSYS—CFX简介有限元法是一种以变分里兹法为基础，主要应用于求解微CFX是英国某公司为了解决实际工程问题而开发的一款分方程的计算。该方法以计算机为载体月，主要研究思想是通过分CFD软件，是世界上第一个通过IS09001质量认证体系的专业片近似、进而达到整体逼近来计算相应的物理问题，是以里

6、兹加CFD软件，在解决实际工程问题的过程中有着很多辉煌的过去，一分片近似为理论基础，其过程大致可概括为如下内容：直引领者业界的发展方向。CFX在1995年收购了旋转机械领域内首先，对求解域进行离散化，把整个求解域离散为有限个仅的加拿大某公司，随后整和了两者资源，重新开发推出了旋转机械由网格节点连接却又互相独立的子域，初始边界条件也被施加于分析与设计模块，模块一度占据着80％以上旋转机械分析与设计网格节点上。其次，采用分片近似的方法，利用近似函数来逼近求的市场份额。2003年，全球最大的CAE仿真软件ANSYS收购了解未知函数。CFX，CFX正式成为ANSYS大

7、家庭中的一员。最后，通过与原物理问题等效的变分法或加权残值理论，来CFX本着互惠合作的精神，和许多T程公司和科研机构保建立相应的有限元求解模型，从而得到一组以变量或其导数的节持着紧密联系，这种合作使得CFX可以更加及时的了解工业企点为未知量的数学方程，借助计算机对这个方程组进行求解，进而业的需求，紧跟市场变化，同时也为CFX提供了最新的物理模型得到该求解问题的近似解。随着计算机的高速发展，在大量物理学和先进的数值算法咖。家和数学家的努力下，有限元分析理论快速发展，逐步被完善成为3流体流动方程的建立具有坚实理论基础和完美计算能力的优异数值计算方法，被广采用流固耦

8、合的方法来对垂直轴风力机风轮叶片进行气