導語：風力發(fā)電技術(shù)課程設計教學探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:《風力發(fā)電技術(shù)》課程設計是風力發(fā)電技術(shù)教學過程中的重要實踐內(nèi)容，本課程設計以設計風力機葉片為教學目標，首先進行風資源評估，其次根據(jù)風力機設計理論，選擇合適翼型，對風力機主要參數(shù)進行計算，最后要求學生建立風力機葉片的三維模型。通過葉片設計的課程設計，學生基本掌握風力機工作原理和設計過程，達到學以致用的目的。

關(guān)鍵詞:風力機；葉片設計；課程設計

1課程設計的必要性

在學習了《風力發(fā)電技術(shù)》這門課之后，學生初步掌握了風力機結(jié)構(gòu)組成和工作原理，重點掌握了風力機葉片設計的理論，為了將理論知識轉(zhuǎn)化為實際的動手能力，開設了課程設計。學生通過設計風力機葉片，可以熟練掌握風力機葉片設計原理，并能夠通過結(jié)合動量葉素理論相關(guān)知識與給定的環(huán)境條件設計出工作葉片，掌握風力機葉片設計及制造知識，學習并熟悉SolidWorks等工程軟件進行風力機葉片的三維建模，樹立學生理論知識指導設計的工作思想，加深其對現(xiàn)場生產(chǎn)實際的了解，培養(yǎng)其對工程技術(shù)問題嚴肅認真、負責的態(tài)度，為其以后從事實際工作打下堅實的基礎[1]。

2課程設計環(huán)節(jié)教學過程

《風力發(fā)電技術(shù)》課程設計要求學生在一周時間內(nèi)完成，在此期間，學生在接到課程設計任務書后，要根據(jù)任務書的內(nèi)容要求，完成包括氣象資料收集，風力機葉片參數(shù)的計算和風力機葉片三維圖形的繪制等。本課程設計任務有一定難度，部分學生反映雖然時間緊張，但是通過課程設計基本掌握風力機葉片設計的相關(guān)知識，學會了解決比較復雜工程問題的思路和方法，收獲很大。本次課程設計的過程如下：2.1課程設計任務書的編寫。課程設計任務書在課程設計開始前下發(fā)給學生，任務書包含了本次課程設計要求學生完成的任務內(nèi)容，課程設計的基本要求、工作計劃的進度安排和評級方式等，如果有必要，在任務書中要完成對班級人員的分組，保證每組一個題目，每個人數(shù)據(jù)不能重復。任務書要邏輯清晰，結(jié)構(gòu)嚴謹，內(nèi)容完備，保證同學們能夠準確理解課程設計題目意義，在老師的指導下，能夠比較順利的完成課程設計。風力機葉片設計流程圖如下：2.2氣象資料的收集。如圖1所示，風力機葉片設計的開端有兩個，分別是對當?shù)仫L資源進行評估和確定風力機的額定功率，其中風資源的評估要必須要收集風力機當?shù)氐淖钌僖荒陼r間內(nèi)的測風數(shù)據(jù)。但是，由于國內(nèi)目前的氣象數(shù)據(jù)基本上都在氣象局，而對于風電企業(yè)來說，風資源數(shù)據(jù)相當于資產(chǎn)，因此作為學生很難獲取。學生主要通過網(wǎng)上查詢風力機設計當?shù)氐娘L資源數(shù)據(jù)，再對數(shù)據(jù)進行處理，估算出平均風速、最大風速和有效風能密度。2.3風力機葉片設計理論和計算。風力機葉片主要參數(shù)包括風輪直徑、輪轂直徑、葉片長度、葉片數(shù)、葉片沿展向的各個翼型弦長、翼型扭角、葉片安裝角以及符合風力機葉片空氣動力學的翼型選擇等。陳啟卷[2]總結(jié)了風輪直徑、葉片數(shù)風能利用系數(shù)等參數(shù)的選擇和計算方法，并總結(jié)了利用Wilson理論，計算葉片安裝角和翼型弦長的方法；李偉[3]通過系統(tǒng)的比較了風力機葉片空氣動力學設計中的Glauert方法和Wilson方法，由于Wilson方法在Glauert方法的基礎上引入了葉片尖端渦流損失和升阻比對葉片最佳性能的影響，因此成為國內(nèi)最常用的風力機葉片設計理論。根據(jù)Wilson理論或者Glauert理論，利用MATLAB軟件可以精確得到葉片沿展向的弦長分布和安裝角隨葉片直徑方向的數(shù)據(jù)分布[4]。風力機葉片翼型的種類有很多，選擇翼型的時候要綜合考慮翼型對升阻比的影響，對風力機失速性能的影響以及最大限度地獲取風能。翼型的選擇和數(shù)據(jù)獲取有兩種方法，第一種方法是利用profili航空翼型設計軟件，選擇比較適合風力機的翼型，或者設計新翼型，然后所選翼型的TXT數(shù)據(jù)，第二種方法是登錄airfoil網(wǎng)站，選擇合適翼型，獲取翼型的TXT數(shù)據(jù)。利用Excel軟件對翼型數(shù)據(jù)進行簡要處理，刪除不必要的x和y軸名稱，增加z軸數(shù)據(jù)，這樣就可以利用SolidWorks軟件，繪制翼型輪廓曲線。利用以上兩種方法都可以同時獲得所選翼型的升阻比隨攻角的變化關(guān)系，對于分析翼型的空氣動力性能有重要作用。獲得翼型的TXT數(shù)據(jù)是對葉片進行是三維建模的必要條件[5]。2.4風力機葉片的三維建模。風力機葉片是一個平滑的流線型弧面，每一個斷面必須均勻過渡，三維建模可以通過SolidWorks、AutoCAD等軟件實現(xiàn)，本文以SolidWorks為例，大致可以分為兩步：（1）基準面上翼型輪廓繪制：將風力機葉片沿展向從葉根到葉尖平均分成至少15等份，選定最佳葉尖速比λ為7，計算得出每個截面的比速λi，再通過計算每個截面翼型的弦長和扭角，然后在每個基準面上輸入翼型數(shù)據(jù)，生成15個基準面上翼型組，如圖2所示。（2）葉片實體建模：在完成每個基準面上翼型輪廓曲線繪制后，將每個翼型輪廓曲線依次連接，選擇SolidWorks的“凸臺/放樣”工具，通過放樣，生成葉片的實體三維模型，根據(jù)實際情況，需要對葉片輪廓進行修整，使葉片輪廓成圓滑的流線型。最后對葉片的葉尖和葉根進行優(yōu)化處理，完成葉片的三維建模。如圖3所示。

3結(jié)論與展望

在課程設計的過程中，需要嚴格要求學生按照風力發(fā)電機葉片設計流程，分步驟完成所有的設計過程，在此過程中學生可以比較系統(tǒng)地掌握風力機葉片設計過程重要參數(shù)的選擇方法，風力機葉素弦長、扭角和翼型的計算方法，最后通過SolidWorks等三維設計軟件完成對葉片的三維建模。學生在掌握了葉片的建模后，可以在以后更進一步研究葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和制造方法，對葉片進行載荷分析，為下一步的學習和工作奠定基礎。

參考文獻

[1]姚興佳，宋俊等.風力發(fā)電機組理論與設計[M].北京：機械工業(yè)出版，2013.

[2]陳啟卷，張凱.1MW風機葉片結(jié)構(gòu)分析[J].水電與新能源，2010，4(90):66-69.

[3]李偉.風力機葉片設計及氣動特性分析[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古工業(yè)大學，2010（5）.

[4]樊炎星.1.0MW水平軸風力機葉片設計研究[D].重慶：重慶大學，2010（5）.

[5]李仁年，郭杏威，等.基于Matlab的1.5MW風力機葉片設計和優(yōu)化方法[J].甘肅科學學報，2012，4（24）：73-76.

作者:陳洪林 單位:河南城建學院能源與建筑環(huán)境工程學院