文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
大型风力机叶片设计与CFD分析
姓名:尹耀安
申请学位级别:硕士
专业:流体机械及工程
指导教师:吴克启
20080601
摘要
由于苛刻的能源环境要求, 风电产业受到各国的高度重视,风力发电技术取得了
巨大发展,风力机的单机容量也不断增大。目前,主流风力机的功率都从过去的百千
瓦级发展到兆瓦级。随着风力机功率的不断增大,传统的以气动设计优先的设计方法,
不能完全满足这种大功率风力机设计上的结构稳定性要求。为了克服传统设计方法的
不足,本文运用一种新的设计思想,即先进行初步的结构设计,然后再进行气动设计。
进行初步的结构设计时,为了获得气动力,将运用一些经验公式初步估计叶片的
受力情况,并利用这些计算结果来设计叶片主梁,确定主梁各截面的厚度和宽度,在
此基础上得到叶片内圈各截面翼型的最大厚度。为了确保根部连接方式满足设计要
求,本文采用金属法兰连接,叶片根部与法兰之间胶接,法兰与轮毂之间采用螺栓连
接。
钝后缘翼型能够极大的提高大型风力机叶片内圈的气动和结构性能。本文利用现
有的风力机专用翼型改进设计得到钝后缘翼型,然后用 CFD 方法及计算流体动力学
软件 FLUENT 对钝后缘翼型气动性能进行数值模拟,根据 CFD 计算结果讨论钝后缘
翼型提高气动性能的作用机理;同时研究了在钝后缘翼型上加装分流板对减小翼型阻
力作用的影响。
文中在完成了叶片的初步结构设计后,在进行叶片气动设计时,运用扩展的
Glauert 旋涡方法,将改进的钝后缘翼型应用到叶片的内圈并进行水平轴变桨
矩风力机叶片设计。最后应用 FLUENT 软件对新设计的风力机作气动性能预测,并与
同类型的商用风力机进行对比,考察并检验新设计的风力机性能是否满足设计要求。

关键词:风力机,结构设计,主梁,钝后缘翼型,叶片,数值模拟

I
Abstract
Because of the harsh environmental requirements of energy, wind power industry by
the close attention of all countries, wind power technology has made tremendous
development, the stand-alone wind turbine capacity has been increased. At present, the
mainstream of the wind power are from the past 100 kilowatts to the development of
megawatt-scale level. With the power increase of the wind turbine, the traditional
aerodynamic design priority to the design method, can not fully meet this high-power wind
turbine design on the structural stability requirements. In order to e the
ings of traditional design methods, the paper proposed a new design concept, that
is to conduct a preliminary design of the structure, followed by aerodynamic design.
When the preliminary design of the structure, in order to obtain aerodynamics, will use
some empirical formula leaves the preliminary estimate of the forces, and to use these
results to design leaves the spar cap, determine the cross-section’s thickness and width of
the spar cap, on the basis of this Leaves are cross-section of the inner ring airfoil the
greatest thickness. In