吉林大学学报(工学版) ›› 2015, Vol. 45 ›› Issue (5): 1495-1501.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb201505018

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小型水平轴风力机叶片仿生设计

田为军1, 王骥月1, 李明1, 陈思远2, 刘方圆1, 丛茜1   

  1. 1.吉林大学 工程仿生教育部重点实验室,长春 130022;
    2.吉林大学 机械科学与工程学院,长春 130022
  • 收稿日期:2014-04-24 出版日期:2015-09-01 发布日期:2015-09-01
  • 通讯作者: 丛茜(1963-),女,教授,博士生导师.研究方向:工程仿生学.E-mail:congqian@jlu.edu.cn
  • 作者简介:田为军(1982-）,男,副教授,博士.研究方向:工程仿生学.E-mail:tianweijun@jlu.edu.cn
  • 基金资助:
    吉林省科技发展计划项目(20140204082GX,20130522105JH); 国家自然科学基金青年科学基金项目(51305157)

Bionic design of the small blade of horizontal axis wind turbines

TIAN Wei-jun1, WANG Ji-yue11, LI Ming11, CHEN Si-yuan2, LIU Fang-yuan1, CONG Qian1   

  1. 1.Key Laboratory of Engineering Bionics of Ministry of Education, Jilin University, Changchun 130022, China;
    2.College of Mechanical Science and Engineering,Jilin University,Changchun 130022,China
  • Received:2014-04-24 Online:2015-09-01 Published:2015-09-01

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摘要： 为了提高风力机叶片性能,基于家燕翅膀翼型良好的气动特性进行了风力机叶片的仿生设计。采用计算流体动力学,对仿家燕翼型和标准叶片翼型的性能进行模拟和对比,结果表明,仿家燕翼型具有较高升力系数和升阻比。基于家燕翼型进行100 W风力机叶片的仿生设计,并对标准100 W风力机叶片和仿生设计叶片进行数值模拟和风力机效率实验。结果表明:相比于标准叶片,仿家燕风力机叶片展向位置翼型上下表面压力差有较大提高,能有效提高风力机叶片效率,效率比标准叶片提高25%以上。

关键词: 工程仿生学, 风力机, 仿生叶片, 翼型, 气动特性

Abstract: In order to improve the performance of wind turbine blades, a bionic design method was proposed based on the good aerodynamic characteristics of the swallow wing. The performance of the airfoil imitating the swallow wing was simulated and compared with the standard wind turbine airfoil using computational fluid dynamics technique. The results show that the bionic airfoil has higher lift coefficient and lift-drag ratio than the standard airfoil. The bionic blade was designed using the airfoil of the swallow. Numerical simulation and experiment for the wind turbine blade were carried out. Results show that the airfoil of the bionic blade has bigger pressure difference between the upper and lower surfaces, which can provide stronger lift. The efficiency of the bionic blade increases by 25% compared with that of the standard blade.

Key words: engineering bionics, wind turbine, bionic blade, airfoil, aerodynamic characteristic

中图分类号: 

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[1] Snel H. Review of aerodynamics for wind turbines[J]. Wind Energy, 2003, 6(3): 203-211.
[2] Tangler J L, Somers D M. NREL airfoil families for HAWTs[R]. Springfield:US Department of Commerce National Technical Information Service , 1995.
[3] Fuglsang P, Bak C. Development of the Ris? wind turbine airfoils[J]. Wind Energy, 2004, 7(2): 145-162.
[4] Timmer W A, van Rooij R. Summary of the Delft University wind turbine dedicated airfoils[J]. Journal of Solar Energy Engineering, 2003, 125(4): 488-496.
[5] 金敬福, 马毅, 刘玉荣, 等.长耳鸮翼型组的气动特性分析[J]. 吉林大学学报:工学版, 2010, 40(增刊1): 278-281. Jin Jing-fu, Ma Yi, Liu Yu-rong, et al. Aerodynamic analysis of the family of airfoil of owl[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2010, 40(Sup.1): 278-281.
[6] 丛茜, 刘玉荣, 马毅, 等. 家燕翅展翼型的气动特性[J]. 吉林大学学报:工学版, 2011, 41(增刊2): 231-235. Cong Qian, Liu Yu-rong, Ma Yi, et al. Aerodynamics analysis of the airfoil when wings of swallow is gliding[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2011, 41(Sup.2): 231-235.
[7] 徐成宇, 钱志辉, 刘庆萍, 等. 基于长耳鸮翼前缘的仿生耦合翼型气动性能[J]. 吉林大学学报:工学版, 2010, 40(1): 108-112. Xu Cheng-yu, Qian Zhi-hui, Liu Qing-ping, et al. Aerodynamic performance of bionic coupled foils based on leading edge of long-eared owl wing[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2010, 40(1): 108-112.
[8] Hua Xin, Gu Rui, Jin Jing-fu, et al. Numerical simulation and aerodynamic performance comparison between seagull aerofoil and NACA 4412 aerofoil under low-Reynolds[J]. Advances in Natural Science, 2010, 3(2): 244-250.
[9] Tian W J, Liu F Y, Cong Q, et al. Study on aerodynamic performance of the bionic airfoil based on the swallow's wing[J]. Journal of Mechanics in Medicine and Biology, 2013, 13(6): 1340022.
[10] 顾树华. 2000-2015年新能源和可再生能源产业发展规划[M]. 北京: 中国经济出版社, 2001.
[1] 熙鹏,丛茜,王庆波,郭华曦. 仿生条纹形磨辊磨损试验及耐磨机理分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1787-1792.
[2] 郭昊添,徐涛,梁逍,于征磊,刘欢,马龙. 仿鲨鳃扰流结构的过渡段换热表面优化设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1793-1798.
[3] 田为军, 王骥月, 李明, 张兴旺, 张勇, 丛茜. 面向水上机器人的水黾运动观测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 812-820.
[4] 钱志辉, 周亮, 任雷, 任露泉. 具有仿生距下关节和跖趾关节的完全被动步行机[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(1): 205-211.
[5] 田丽梅, 王养俊, 李子源, 商延赓. 仿生功能表面内流减阻测试系统的研制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(4): 1179-1184.
[6] 陈东辉, 刘伟, 吕建华, 常志勇, 吴婷, 慕海锋. 基于虾夷扇贝体表结构的玉米茬根捡拾器仿生设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(4): 1185-1193.
[7] 王颖, 李建桥, 张广权, 黄晗, 邹猛. 基于多种介质的仿生步行足力学特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(2): 546-551.
[8] 陈进, 李松林, 孙振业, 陈刚. 风力机专用翼型气动结构一体化设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(6): 1940-1945.
[9] 葛长江, 叶辉, 胡兴军, 于征磊. 鸮翼后缘噪声的预测及控制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(6): 1981-1986.
[10] 李梦, 苏义脑, 孙友宏, 高科. 高胎体仿生异型齿孕镶金刚石钻头[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(5): 1540-1545.
[11] 梁云虹, 任露泉. 自然生境及其仿生学初探[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(5): 1746-1756.
[12] 袁哲, 周茜茜, 刘春宝, 马文星, 徐志轩. 基于BEM理论的兆瓦级风力机叶片设计及其气动性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(4): 1142-1148.
[13] 梁云虹, 任露泉. 人类生活及其仿生学初探[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(4): 1373-1384.
[14] 钱志辉， 苗怀彬， 任雷， 任露泉. 基于多种步态的德国牧羊犬下肢关节角[J]. 吉林大学学报(工学版), 2015, 45(6): 1857-1862.
[15] 邹猛， 于用军， 张荣荣， 魏灿刚， 王会霞. 仿牛角结构薄壁管吸能特性仿真分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2015, 45(6): 1863-1868.
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