1.5MW风力发电机组风轮叶片设计的验证.doc

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1、1.5MW风力发电机组风轮叶片设计的验证第一阶段总结报告1 概述受江西某新能源有限公司（甲方）的委托，某国家工程研究中心（乙方）为甲方的一种1.5MW风力发电机叶片进行了分析和校核。甲方提供了叶片的几何模型、玻璃钢叶片的铺层资料和玻璃钢样品；乙方根据甲方提供的资料对叶片的设计进行了验算，给出了新的设计方案；利用玻璃钢样品测定了材料的基本力学性能参数；建立了叶片的有限元分析模型，并分析了叶片气动特性、模态、强度和疲劳寿命等。双方第一阶段的合作研究自2007年12月开始，2008年5月结束，历时6个月。第一阶段的合作研究包括如下内容：叶片的设计校核、叶片截面特性的分析、叶片材料性能检测、叶片的空气

2、动力学特性分析和叶片的结构分析。2 叶片的设计校核2.1 叶片气动性能设计的验算（1）校核计算依据1）甲方提供资料， 江西省气象科研所，鄱阳县气象局提供，江西省鄱阳县小呜咀风场风能资源评价报告2006年6月； 叶轮半径，功率P=1500kw，叶片数Z=3，安装高度70M。 乙方根据上述资料数据，经调研分析国内外技术资料，进行分析和核算，采用动量理论和旋涡理论的计算方法，选择相关翼型进行对比分析计算。在具体设计计算前先对下列重要参数，即风轮叶片数Z风轮直径D，设计风速和尖速比及实度，作一说明： 风轮叶片数Z 一般风轮叶片数取决于风轮的尖速比，用于风力发电一般属于高速风力发电机组，即= 47，叶片

3、数一般为23，在高尖速比运行时，有较高的风能利用系数，由于三叶片的风力发电机的运行和输出功率较平稳，故采用三叶片是合适的。 风轮直径D 风轮直径可用下式估算式中 P风力发电机组设计风况输出电功率（kw）；空气密度；设计风速；D风轮直径（m）；发电机效率；传动装置（增速装置）效率；风能利用系数。 设计风速风轮的设计风速（又称额定风速）是一个非常重要的参数，直接影响到风力发电机组的尺寸和成本，设计风速取决于安装风力发电机组地区的风能资源。风能资源既要考虑到平均风速的大小，又要考虑风速的频度。知道了平均风速和频度，就可确定设计风速的大小，可以按全年获得最大能量为原则来确定设计风速，也可以以单位投资获

4、得最大能量为原则来选择设计风速。 由江西省气象局提供的上述资料，在第37页及第40页小呜咀风场60米高度，各风速段及风能分布比例图5.25所示，对总风能贡献较高风速段在6.514.5之间，10m，50m，60m高度风能频率分别为72.4%71.7%73.5%。最高风能贡献风速段为10和11。其平均值为10.5。本风力机水平轴安装高度为70m，在70米处的风速值，本案例设计风速； 尖速比风轮的尖速比是风轮叶尖速度和设计风速之比，尖速比是风力发电机组的一个重要设计参数。它在风力发电机组总体设计时提出，尖速比与风轮效率密切相关，只要风力发电机没有超速，运转处于较高尖速比状态下的风力发电机，风轮就具有

5、较高的效率。设计要求的尖速比，是指在此尖速比上，所有的空气动力学参数接近于它们的最佳值以及风轮效率达到最大值。 实度风轮的实度是指风轮的叶片面积之和风轮扫掠面积之比。实度是和尖速比密度相关的另一个重要设计参数，通常在520%这一范围内。翼型及其升阻比翼型的选取对风力发电机的效率密切相关，升阻比值愈高，效率就愈高，同时要考虑翼型的失速特性，避免由于失速而产生叶片抖动现象。（2）气动性能校核计算委托方提供的原始数据是： 叶片数 Z = 3 ； 叶轮半径 ； 功率 N = 1500 kw ； 安装高度 h = M ； 额定（设计）风速 。 根据前面所述选择叶片数Z = 3是合适的，设计风速是符合风场

6、实况的。 1）采用下列公式进行风轮机工程设计 风轮机功率 风轮半径 叶尖速度比 风轮机转速 其中 空气密度，其值与海拔高度温度高低有关，取。取3叶片，查图风轮机高速特性曲线，查得最佳的值，= 7.5，取由 ； 求得 r = 39.6M 风轮直径D = 79.2M，与甲方提供的叶片设计直径相接近。风轮的转速 。（3）风轮机优化方案的核算 表2.1.1列出了国内外一些风力发电机的主要参数，乙方参考这些参数对原设计风轮机参数进行了调整和优化。方案 取叶轮直径D = 79.2M，额定风速，转速，风电场空气密度取，核算的高速特性数= 5.97，风能利用系数，小于最佳值和最大风能利用系数，风能没有被高效利

7、用。根据最佳，设计改进风轮转速。 风轮机转速 改进后的风轮机功率 。 在同样风速条件下比原设计方案功率增大，达原方案的1.63倍。 方案 按额定风速，作优化设计，采用了叶片，取空气密度，从风轮机高速特性数上查得，风能利用系数3，风轮半径 风轮直径风轮机转速为： 方案 按R=39.6M，额定风速，=7.5 结论：经三个方案的计算分析和比较，结合工程实际，特别是风况资源，确定按额定风速，风轮转速为，对风轮进行气动计算和结构强度分析。改虑到风叶亦可供不同地区使用，故校核计算时其工况范围作适当扩展处理。（4）用叶素动量理论计算各叶素的弦长安装角转矩功率等参数 叶片各叶素上气流的绝对速度，切向速度。各叶

8、素最佳弦长t安装角相对速度；转矩dM，功率分别按下列公式计算求得。计算结果见表2.1.2和表2.1.3。表2.1.1 1.252.00Mw风力发电机组叶轮技术参数汇总表 功率（kw）12502000150015001500150015001500叶轮直径（m）626493938770.570.57782.58270.57779.2额定风速（）12.512.310.611.313131412.512-12.514121310.6额定转速（）22.421.1151519.2风轮转速范围（）13.925.913.224.58.33216.58.33216.51222.21222.21120.410.

9、118.710.918.815.618.812209.917.2资料提供单位上海电器风电设备有限公司上海电器风电设备有限公司GE通用电器公司2007资料中航（保定）惠腾风电设备有限公司苏司兰能源有限公司沈阳工业大学浙江运达风力发电有限公司交通大学国家模具CAD工程研究中心专案设计表2.1.2 各叶素参数计算表序号R半径（mm）气流角（）叶型代号叶片弦长（mm）安装角（）气流相对速度（）ZM（Nm）P（W）Re11014019.126FFA-W3-30131147.38121.5718693.63758521308615.041FFA-W3-30128315.04127.244770695918

10、31603212.373FFA-W3-25023383.033.06174712414841897810.497FFAW3-24120651.54738.8729001465725219249.113FFAW3-21117950.42344.65821681652076248708.048RIS-A1-181617-0.5950.49924051857907278167.206LS(1)04171421-1.15456.411035172081318307606.521LS(1)04161287-1.83962.261133362278739337085.955LS(1)04151175-2.

11、40568.0912293524717310366505.481LS(1)04151082-2.87974.0313242426625211396005.074LS(1)0413958-3.64580.0071349143454=919181.6=1848104 注：1） 针对D=79.2M，Z=3，风轮机叶片；2） 上表中MP值是指各环形面积部位（r=2946mm）求得的计算值，其中值为全叶片求得的ZM值和ZMW值。从而求得的转矩系数，功率系数：；3） 上列值略偏高是因未考虑叶片数的影响和空气摩擦损失所致。表2.1.3 风力机气动计算分析汇总表序号R半径（mm）气流角（）新设计叶 型 代号计

12、算叶型相对厚度(%)升力系数冲角（）新设计叶片弦长（mm）叶素（新设计）安装角（）11014019.1264827FFA-W3-30141(变型)1.5511.74531147.38121308615.0413822FFA-W3-301301.351028315.04131603212.3733156FFA-W3-25025（插入法求26）1.329.3323383.041897810.4972684FFAW3-241241.38.9520651.5475219249.1132333FFAW3-211211.38.6917950.4236248708.0482062RIS-A1-18181.1

13、2757.461617-0.597278167.2061848LS(1)0417171.38.361421-1.1548307606.5211673LS(1)0416161.38.361287-1.8399337085.9551528LS(1)0415151.38.361175-2.40510366505.4811407LS(1)0415151.38.361082-2.87911396005.0741303LS(1)0413131.368.72958-3.645（5）叶片弦长与叶片安装角的线性化处理 从气动计算获取的叶片弦长与安装角，它沿叶片展长呈非线性关系变化，这种形状的叶片不仅制造比较困难

14、，而且用料亦不经济，不易为工厂接受，为解决这个问题，通常是对求得的弦长和安装角进行线性化处理。这种处理会导致风轮功率的少量损失，但只要处理得当，其损失是很小的，原因是风轮从风中所得的功率的78%是叶片前半段以外（即从R=20451mmR=39600mm）这一段中摄取的，因为叶片的扫掠面积随半径的平方而变化，叶片的工作效率亦与半径有关，半径R越小，效率亦越低，且半径小，亦小，叶片根部对风轮功率系数的影响也较低。（6）风力机的翼型选择 叶轮是风力机转动的关键部件。叶片由翼型系列组成，尖部使用薄翼型，根部采用相同翼型但较厚的形式。传统的航空翼型NACA44XX和NACA230XX系列成为常用的翼型。

15、80年代以后，人们逐渐认识到传统的航空翼型并不适合设计高性能的风轮，转而开始研发新翼型。现代翼型（美国国家可再生能源实验室设计），与传统的航空翼型有明显的差别。这种叶片比早期的风机桨叶捕捉风能的动力要大20%。此类风力机翼型具有高升力系数和高升阻比的特点，其叶片厚度相对较大。整个叶片采用了LS（1）0430417R1S-18FFAW3-211301三种翼型组成。在外径处选择较薄翼型，内径处选择较厚翼型，经分析计算所选叶型的升阻比值高。能满足气动性能要求和结构强度要求，从而亦证实新老二种翼型可替换，且都能满足气动性能和结构强度要求。 这三种新翼型提供的和曲线及最大相对厚度，与甲方提供的实型风机翼

16、型经CFD计算，求得的和曲线和最大相对厚度均甚为接近，故都能满足。采用新翼型的设计为叶片设计的自主创新奠定了基础。其中几个翼型的外型图及升阻比曲线图见图2.1.1、图2.1.2、图2.1.3和图2.1.4。图2.1.1 FFA-W3-241翼型的升力曲线图2.1.2 FFA-W3-241翼型的阻力曲线图2.1.3 FFA-W3-301翼型的升力曲线图2.1.4 FFA-W3-301翼型的阻力曲线自主设计与原设计风力机气动设计参数的对比见表2.1.4 表2.1.4 风力机气动设计参数的对比半径R（mm）自 主 设 计 值国 外 风 轮 值弦长(mm)安装角（）相对厚度(%)弦 长t (mm)安装

17、角（）相对厚度(%)1014031147.38141(变型)3097-7.3438.51308628315.041302829-5.0031.171603223383.0262390-2.9326.931897820651.547242037-1.5023.342192417950.423211765-0.3920.63248701617-0.59181558+0.5118.25278161421-1.1541713931.2716.51307601287-1.8391612611.8515.68337081175-2.4051511892.1515.24366501082-2.8791510

18、422.3815.1339600958-3.6451388-3.6412.25注：1）上表中的安装角国内外风机的表示符号正好相反，一个用“+”，另一个为“”值。 2）叶轮外径处弦长自主设计的风轮待作处理。从上表对比自主创新设计的风力机叶片与原设计的弦长及叶角，可得出以下结论：相同半径处叶片弦长之最大差值59mm，为相应弦长值的3.78%；最小差值仅2mm，为相应弦长值的0.07%。各叶素截面叶片安装角进行对比，其最大差值0.5，最小值为0.005，综上分析，新设计的叶型的弦长最大相对厚度值和安装角与原设计甚为接近。2.2风轮机特性的核算 （1）风力机的功率-风速曲线 图2.1.5所示为自主设计

19、的风力机的发电输出功率与风速的关系曲线。图2.1.5 风力机功率曲线上图中的数据见表2.2.1。表2.2.1 风力机的风速-功率表 风速（m/s）功率P(kw)559.2516168.2077346.2878585.3039878.248101255.82410.61503.038111503.038计算公式为 （2）风力发电机组的功率调节风力发电机组的功率调节方式可分为定桨距失速功率调节和变桨距功率调节两种类型。本案例属变桨距功率调节。变桨距功率调节主要依靠叶片攻角改变来保持叶轮的吸收功率，可以使风力发电机组在高于额定风速的情况下保持稳定的功率输出。变桨距调节用于大型风力机，变桨距有二种方式

20、： 角速度常数； 角速度常数。本案例按角速度常数的条件，计算了变桨距调节的角度，见表2.2.2。表2.2.1 不同风速条件下叶片叶尖处的安装角（仅供参考）风速（m/s）10.6152025502/3（m/s）7.061013.3316.733.33相 对 速 度（m/s）79.979.8780.538192.06转 速（r/min）19.219.219.219.219.2气 流 角（）5.077.1969.55411.9121.517攻 角（）8.725.53.52.330.255安 装 角（）-3.651.6966.0549.5821.263叶片各截面的形心和重心3.1. 截面形心 建立如下

21、叶片坐标系， X轴沿叶根圆柱中心线方向，Y轴沿水平轴方向，Z轴在叶片的旋转平面内；原点在叶根处，假设轮毂直径为3m，则原点距水平轴中心线1.6m。距水平旋转轴不同半径r处截面的形心如图3.1.13.1.12所示，各截面的坐标原点O为X轴在该截面的投影点，单位为mm。可以看出，叶片由叶根向叶尖先是向正Y方向弯曲然后向负Y方向弯曲。YZO（0，0） C1 图3.1.1 半径r=10140mm 的截面形心C1：Y=325.285（mm），Z=270.948（mm）。 YZO（0，0） C2 O（0，0） C3 YZ图3.1.2 半径r=13086mm 的截面形心C2：Y=380.494（mm），Z=

22、292.17（mm）。 图3.1.3 半径r=16032mm 的截面形心C3：Y=415.692（mm），Z=242.366（mm）。C4 O（0，0） YZ O(0，0) C5 YZ图3.1.4 半径r=18978mm 的截面形心C4：Y=441.059（mm），Z=215.083（mm）YZC6 O(0，0)图3.1.5 半径r= 21924mm 的截面形心C5：Y=437.153（mm），Z=194.884（mm）。图3.1.6 半径r=24870 mm 的截面形心C6：Y=397.633（mm），Z=168.757（mm）。 YZC7 O(0，0)图3.1.7 半径r= 27816mm

23、 的截面形心C7：Y=326.921（mm），Z=135.845（mm）。YZC8 O(0，0) 图3.1.8 半径r=28062 mm 的截面形心C8：Y=320.161（mm），Z=134.456（mm）。YZC9 O(0，0) 图3.1.9 半径r= 30702mm 的截面形心C9：Y=239.581（mm），Z=107.797（mm）。 YZC10 O(0，0) 图3.1.10 半径r= 33702mm 的截面形心C10：Y=115.484（mm），Z=91.469（mm）。C11 O(0，0)YZ 图3.1.11 半径r= 36654mm 的截面形心C11：Y=-79.666（mm）

24、，Z= 64.766（mm）。YZ O(0，0) C12 图3.1.12 半径r= 39600mm 的截面形心C12：Y=-323.496（mm），Z= -54.077（mm）。3.2 叶片截面重心 距水平旋转轴不同半径r处截面的重心坐标如图3.2.13.2.12所示，单位为mm。这里的截面重心是根据叶片及支架的厚度分布而得到的。YZG1 O（0，0） YZG2 O（0，0） 图3.2.1 半径r= 10140mm 的截面重心G1：Y=354.059（mm），Z= 593.167（mm）。 图3.2.2 半径r= 13086mm 的截面重心G2：Y=394.781（mm），Z= 578.513

25、（mm）。YZG3 O（0，0） YZG3 O（0，0） YZG4 O（0，0） 图3.2.3 半径r= 16032mm 的截面重心G3：Y=420.829（mm），Z= 523.612（mm）。 图3.2.4 半径r= 18978mm 的截面重心G4：Y=438.8833（mm），Z= 431.421（mm）。YZG5 O(0，0) 图3.2.5 半径r= 21924mm 的截面重心G5：Y=430.963（mm），Z= 363.61（mm）。YZG6 O(0，0) 图3.2.6 半径r= 24870mm 的截面重心G6：Y=390.409（mm），Z= 306.036（mm）。YZG7 O

26、(0，0) 图3.2.7 半径r= 27816mm 的截面重心G7：Y=319.225（mm），Z= 253.013（mm）。YZG8 O(0，0) 图3.2.8 半径r= 28062mm 的截面重心G8：Y=312.785（mm），Z= 249.941（mm）。YZG9 O(0，0) 图3.2.9 半径r= 30702mm 的截面重心G9：Y=228.036（mm），Z= 241.765（mm）。YZG10 O（0，0） 图3.2.10 半径r= 33702mm 的截面重心G10：Y=104.481（mm），Z= 224.639（mm）。YZO (0, 0) G11 图3.2.11 半径r=

27、 36654mm 的截面重心G11：Y=-90.919（mm），Z= 175.862（mm）。YZG12 O(0，0) 图3.2.12 半径r= 39600mm 的截面重心G12：Y=-323.646（mm），Z= -51.002（mm）。 4. 叶片材料性能检测采用甲方提供的2种玻璃钢样品，即单向板和45双轴向板，委托上海玻璃钢研究院根据国家标准GB/T1147-2005，GB/T1463-2005和GB/T3355-2005，检测了材料的基本物理和力学性能。检测结果见表4.1，参见附件1。这些数据为有限元分析提供了必要的基础。表4.1 玻璃钢的性能参数序号测试项目名称单位测试结果单向板45

28、双轴向板0901拉伸强度MPa55423.133.524.930.930.53252拉伸模量GPa29.67.297.538.669.548.9717.63泊松比0.330.120.174纵横剪切模量GPa2.452.085密度g/cm31.71.69备注：因拉伸强度、模量（单向板90）离散率过大，故提供单值。以上材料参数满足JB/T 10194-2000标准的要求，即单向板：拉伸强度500MPa，拉伸模量29GPa；45双轴向板：拉伸强度200MPa，拉伸模量16GPa。5叶片的空气动力学分析为了了解叶片的空气动力学特性以及计算叶片所受的风力载荷，采用计算流体动力学（CFD）方法对叶片进行了

29、分析，CFD分析采用的软件为日本Cradle 公司开发SC/Tetra。首先对叶片的若干关键截面进行二维（2D）CFD分析，对叶片流型进行了分析验算，为叶片设计校核提供了依据；然后对风力机在典型工况下的工作情况进行了三维（3D）CFD分析，为叶片的强度分析提供了压力载荷边界条件。 5.1 叶片流型分析验算根据乙方提供的叶片CAD模型，对叶片的6个关键截面进行了二维CFD分析，模拟真实的风洞试验。模拟中保持额定风速不变，改变叶片迎角（攻角），得到升力系数、阻力系数和升阻比与迎角之间的关系曲线，为叶片的设计校核提供了依据。（1）CFD模型求解域定义为半径R=60m的圆形区域，依据原则是求解域尺寸至

30、少应为翼型单向最大尺寸的40倍，以模拟无穷远来流情况。图5.1.1 求解域的选取和定义计算网格最小的octree尺寸为0.00175171，边界层初始层厚度为0.00011m，共插入5层。将此网格模型旋转一定的角度，得到各迎风角对应的计算模型，这样做既简化了模型的前处理过程又能保证不同角度对应网格模型的一致性。所定义的材料物性和边界条件如下：1） 安装角。2） 空气使用SC/Tetra内默认的空气物性参数，全部是常数。3） 计算领域的进口处风速Vx 12.5m/s，Vy=Vz=0。4） 出口压力为0，翼型表面为固定壁面，其他面为滑移面。图5.1.2 网格模型（2）叶片流型分析结果1）r=189

31、78mm处截面为 翼型FFA-W3-241与该截面形状相近，其升力曲线和阻力曲线分别见2.1节的图2.1.1和图2.1.2。图5.1.3和图5.1.4则分别为采用实际的叶片截面进行二维CFD分析得到的升力曲线和阻力曲线与上述翼型的比较。由图5.1.3和图5.1.4可见，实际的叶片截面与FFA-W3-241的气动特性相近，可以采用FFA-W3-241的气动特性曲线进行该截面的设计校核。图5.1.3 CFD计算的升力曲线与参考文献结果的对比图5.1.4 CFD计算的阻力曲线与参考文献结果的对比2）r= 13086mm处截面图5.1.7和图5.1.8分别为 翼型FFA-W3-301与该截面形状相近，

32、其升力曲线和阻力曲线分别见2.1节的图2.1.3和图2.1.4。图5.1.5和图5.1.6则分别为采用实际的叶片截面进行二维CFD分析得到的升力曲线和阻力曲线与上述翼型的比较。由图5.1.5和图5.1.6可见，实际的叶片截面与FFA-W3-301的气动特性相近。以上分析表明了二维CFD分析的有效性。 图5.1.5 CFD计算的升力曲线与参考文献结果的对比图5.1.6 CFD计算的阻力曲线与参考文献结果的对比3）几个关键截面的计算升力、阻力和升阻比曲线叶片10m30m之间的部分对风力机的性能具有最为重要的影响。我们对这个区间的6个关键截面进行了二维CFD分析，图5.1.7图5.1.9分别为分析所

33、得的升力、阻力和升阻比曲线。可见这些截面的气动特性有相似的规律。图5.1.7 6个截面CFD求得的升力系数曲线图5.1.8 6个截面CFD求得的阻力系数曲线图5.1.9 6个截面CFD求得的升阻比曲线5.2风轮叶片的三维空气动力学计算结果 风力发电机风轮叶片进行三维CFD分析的目的是，通过CFD分析，考察风轮叶片的速度场和压力场分布状况，为检验和改善叶片形状提供理论依据。同时，求得叶片表面的压力场分布，采用流固耦合分析的方法，为叶片的结构分析提供准确的压力场载荷。根据乙方提供的叶片设计数据，原型叶片用于额定功率为1.5MW的风力发电机，其额定风速为12.5m/s，此时叶轮的旋转速度为18rpm

34、；当风速大于25.0m/s时风机停止工作，风机工作环境的极限风速为50.0m/s。考虑到甲方对原型叶片进行了修改，对修改后的叶片进行验算和参数调整，额定功率仍为1.5MW，将额定风速调整为10.6m/s，此时叶轮的旋转速度调整为19.2rpm。综上所述，分别根据额定风速10.6m/s，12.5m/s和最大风速50.0m/s三种工况，对叶片进行三维CFD分析，以求得叶片的压力场和速度场分布状态。并将叶片表面的压力场载荷映射到叶片的三维有限元模型上，作为结构分析的载荷条件，以便进行结构CAE分析。（1）额定风速10.6m/s时CFD分析结果1）CAD模型的建立三维CFD分析的离散区域和坐标系的选取

35、如图5.2.1所示。流场的求解域取为：x420m，y420m，z170m，风轮叶片的轴心与地面的垂直距离为d270m，风轮轮毂直径为d3m，具体结构尺寸如图5.2.25.2.4所示。其中，d1（5*d2）=350m，d3d4（3*d2）210m，d5420m，d6170m。图5.2.1 离散区域和坐标系 图5.2.2 轮毂直径图5.2.3 xoy面求解域尺寸 图5.2.4 yoz面求解域尺寸1） CFD模型的建立以叶片和求解域的CAD模型为基础，进行网格划分，建立CFD分析的模型。为提高分析精度，旋转部分的网格划分得较细，其网格尺寸范围为0.0287m 3.675m，图5.2.55.2.7是划

36、分过程的部分octree网格。旋转部分划分的单元总数为7712986个，在叶片壁面插入三层附面层单元，单元尺寸为0.0036m。整个求解域共划分了9985310个单元。网格模型如图5.2.8所示。图5.2.5 旋转部分的Octree 网格 图5.2.6 叶片壁面的Octree 网格 图5.2.7 壁面Octree网格放大图图5.2.8 网格模型2） 材料参数与边界条件空气的参数取为：密度1.206kg/m3，粘度系数1.83e-5kg/(ms)，比热1007J/(kgK)，导热系数0.0256W/(mK)。主要的边界条件如下：入口条件为风速10.6m/s；叶片旋转速度为19.2rpm；出口条件

37、为静压为0。3） 求解过程的计算机硬件配置与计算时间计算软件：SC/Tetra V7.0 并行版本。计算机硬件：Workstation Clusters，共16个CPU（单个工作站cpu：intel xeon 5350；内存：8G；硬盘：500G）。计算时间：按4000 cylces计算，约需24小时。4） CFD分析结果 求解完成后，即可在SC/Tetra软件的后处理中查看CFD结果。图5.2.95.2.16是压力场、速度场和流场轨迹等不同计算结果，并可将流场等结果以动画方式进行演示。图5.2.9 迎风方向的压力场分布（单位：Pa）图5.2.10 背风方向的压力场分布（单位：Pa） 图5.2

38、.9和图5.2.10分别是迎风方向和背风方向叶片表面的压力场分布图。从图5.2.9可知，在迎风方向，叶片表面的压力场在轴心位置最大，而叶片顶端最小。从图5.2.10可知，在背风方向，压力场在轴心位置最小，而叶片顶端最大，两者恰好相反。图中数字表示该位置的计算值。图5.2.11 迎风方向的速度场分布（单位m/s）图5.2.12 背风方向的速度场分布（单位m/s） 图5.2.11和图5.2.12分别是迎风方向和背风方向叶片表面的速度场分布图。显然，叶片的线速度在轴心位置最小，在顶端最大。图5.2.13 迎风方向叶片表面的流线轨迹图5.2.14 背风方向叶片表面的流线轨迹 图5.2.13和图5.2.

39、14分别是迎风方向和背风方向叶片表面的流线轨迹分布图。综合两图也可看出，在叶片轴心处会产生一定涡流。图5.2.15 流场的运动轨迹图5.2.16流场的运动轨迹（2）额定风速12.5m/s时CFD分析结果1） CFD分析模型风速12.5m/s和10.6m/s的CFD分析采用同一模型，仅对CFD的边界条件进行修改。主要的边界条件包括：入口条件为风速12.5m/s；叶片旋转速度为18rpm；出口条件为静压为0。2） CFD分析结果 求解完成后，即可在SC/Tetra软件的后处理中查看CFD结果。图5.2.175.2.24是压力场、速度场和流场轨迹等不同的计算结果。图5.2.17 迎风方向的压力场分布（单位：Pa）图5.2.18 背风方向的压力场分布（单位：Pa） 图5.2.17和图5.2.18分别