基于SolidWorks的风力机叶片三维建模及模拟分析

    当今，随着社会经济的发展和人民生活水平的日益提升，对于能源的消耗也在与日俱增，导致石油、煤等不可再生资源随之急剧减少和环境污染的日益加剧；利用可再生资源，改善能源结构，减少环境污染，已经成为全球能源工业关注的一个热点问题，风能是一种绿色、无污染的可再生能源，且风能的储量十分丰富，取之不尽，用之不竭，目前，世界各国正加快对风力发电机组的研究步伐，同时不断推出新的技术设备。

    风机叶片是风力发电机组的核心部件之一，叶片的材料、翼型的设计以及叶片的结构形式直接影响风力发电装置的性能和效率，风机发电机叶片气动设计理论是在机翼气动理论基础上发展而来的，经典的叶片设计理论有贝茨理论、简化风轮理论、动量理论、Wilson气动设计理论和Glauert环动量理论等。在我国，风机翼型的研究一直停留在普通航空翼型阶段，对于新型翼型的研究很少，由于风力机专用新型翼型几何参数和气动性能参数的缺乏，直接抑制了我国大型风力发电机气动设计的发展。风机叶片快速实现三维模型并对其在空气中进行模拟仿真，对叶片翼型的几何参数和气动特性参数的研究具有重要的现实意义，本文利用对叶片快速实现三维造型，并利用Flow Simulation模块直接进行模拟分析。

1 叶片几何参数设计

    1.1 翼型的选取及气动参数

    翼型数据及其气动性可参考UIUC（伊利诺伊大学）风机坐标数据库、Profili软件以及中国气动力研究与发展中心的文献等．根据不同的设计需要选取翼型．一般现在高速风轮都采用流线型叶片，其翼型通常从NACA和Gottingen系列中选取（NACA4412，4415，23012，23018，Gottingen623，624等）。这些翼型的特点是阻力小，空气动力效率高。本文选取翼型naca0015、naca4412和naca-66。

    气动参数包括升力系数、阻力系数、力矩系数、翼型的焦点和攻角等．根据本文的需要，只考虑翼型的升力系数Cl和攻角α，根据薄翼型理论翼型相对厚度较小时，升力线系数与翼型无关，升力线斜率为

    由(1)式可得：

    1.2 叶片长度、叶片数和尖速比的确定

    叶片长度d计算的相关参数有：风机有效功率N，风力机功率换算系数K，空气高度密度系数C1，空气湿度密度系数C2，风力发电机初估全效率μ，风速v。

    一般低速风轮尖速比取小值；高速风轮取大值，而风力机的叶片数目b与风力机的用途相关，并与尖速比有一定的匹配。