風力機葉片的案例
FENSAP-ICE應用實例--多因素影響下的風力機結冰模擬 ￥69.9
導讀：
風能具有可再生、無污染而且儲量大的優勢，采用風力發電機將風能轉化成電能是現在綠色能源的重要來源之一。為了提高風力機的裝機容量，在寒冷地區(高山)安裝風力機的情況越來越多，主要原因是寒冷地區的空氣密度更高，大溫差形成的風更強，有利于風能的利用。風力機葉片表面的形狀對風能的利用效率影響很大，在高緯度或高海拔地區的冬季，空氣中的過冷水滴碰到運行的風力機葉片會引起葉片表面結冰，對風力機運轉的安全性和經濟性造成嚴重的影響。
人工為風電葉片除冰
葉片大量覆冰會造成風力機功率損失、機械故障、墜冰引發的安全隱患等問題：改變葉片的氣動性能，造成葉輪氣動、質量不平衡；升力系數下降和風能利用率降低，造成發電量的損失；阻力系數增加，導致傳動鏈軸向載荷過大；葉片質量增加，輪轂轉矩增大，影響葉根處疲勞壽命；葉片旋轉過程中容易出現冰塊脫落，發生墜落傷害等事故。
鑒于以上葉片結冰的巨大危害，所以本文通過仿真方法確定多個因素對結冰的影響，盡可能優化設計以減少結冰情況的發生。另外，通過仿真方法分析結冰厚度、結冰位置，為后續除冰提供指導依據。
1 仿真前處理
1.1 幾何模型處理
在進行數值計算之前，往往需要將數模進一步的處理，以方便而準確地得到數值解。這部分數模處理工作使用ANSYS SCDM中的建模工具完成。
風力發電葉片計算域數模
建立的數模為典型的方型遠場。
1.2 網格劃分和邊界條件
網格生成是采用計算流體力學方法對流場進行數值模擬的基礎，常用的網格分為結構網格和非結構網格兩大類。本文工作要借助通用的網格生成軟件FLUENT MESHING生成計算區域內的網格。該類型的網格尺度容易控制，對復雜外形和不規則壁面邊界的適應性強，有助于后續的流場計算結果的收斂性。
劃分網格需建立相應的遠場邊界面、地面以及葉片表面分區。
展開 NREL VI 期風力渦輪機 CFD 分析和驗證 ￥8
在 Spaceclaim （SC） 中創建內部和外部域
將 SW 格式的 NREL VI 期風力渦輪機 CAD 模型導入 SC
將風力渦輪機底座的原點設置為 0,0， 0.508，而 0.508 是風力渦輪機葉片的徑向坐標。
為風力渦輪機葉片提供 3 度的全局俯仰角（葉片尖端角度）。
使用帶有模式選項的移動命令從一個刀片創建兩個刀片。
為輪轂創建草圖，并使用拉動命令為輪轂制作 3D 實體，半徑略高于 0.508 m（帶支撐的風力渦輪機葉片的終點）
使用組合選項連接兩個葉片和輪轂，形成單個實心風力渦輪機模型。
創建內部域并從中減去 wind turbine solid，以便只有流體區，其中流動可以流過風力渦輪機外表面。
此外，如課程視頻中所示，創建具有給定維度的外部域，并從中減去內部域。
作為一項可選練習，我們將制作半周期模型（180 度），它可以為您提供與完整 360 度模型相同的結果，并且需要一半的計算資源。但我們不會繼續使用此模型，我們將在接下來的部分中使用完整的 360 度模型。
在 ICEMCFD 中為內部域創建四棱柱網格
將內部域 SC 文件 （scdoc） 導入 Fluent
為模型設置地形公差和 tri 公差。并運行 build topology。
根據要求在不同表面上設置尺寸
設置全局網格大小
使用 Octree 算法創建網格并刪除體積網格。光滑的表面嚙合達到所需的質量。
在風力渦輪機葉片后面的尾流區域中創建用于網格細化的密度框。
使用 Delaunay 算法創建體積網格。
展開 DowAksa加入復合材料風力葉片制造聯盟PULLWind
11月7日，復合材料工程咨詢公司STRUCTeam公司宣布，由其牽頭組建的復合材料風力葉片制造戰略性聯盟PULLWind加入新成員，碳纖維制造商DowAksa（土耳其伊斯坦布爾）。DowAksa的加入旨在幫助客戶建立和發展與碳纖維相關的風力渦輪機葉片制造業務，使風電葉片制造商能夠獲得拉擠式梁帽的“交鑰匙”解決方案。
DowAksa是加入該聯盟的最新成員。這家總部位于土耳其的碳纖維制造商擁有的行業經驗，使PULLWind的未來客戶能夠建立和發展風力渦輪機葉片制造中與碳纖維相關的業務。https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/45265.html
PULLWind聯盟由獨立復合材料工程咨詢公司STRUCTeam（英國考斯）于2016年牽頭成立，聯盟成員包括環氧樹脂供應商Olin Corporation（美國密蘇里州克萊頓），玻璃纖維產品制造商重慶國際復合材料有限公司（CPIC，中國重慶），以及提供碳纖維解決方案的DowAksa。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/45211.html
風能領域的OEM制造商正在積極尋求在風力渦輪葉片內使用拉擠成型的解決方案。但苦于沒有足夠的供應鏈定位和相關的技術專長，無法實現這項具有挑戰性的技術。PULLWind聯盟定位獨特，整合供應商，專業工程師和技術人員網絡，提供安全的供應鏈，結合設計和制造指南，實現新技術的更快落地應用，PULLWind的綜合專業知識可以快速跟蹤生產時間，降低總葉片成本并提高平衡能源成本（LCOE） - 這是葉片和渦輪機制造商的關鍵目標。
展開 亞洲首個海上風機碳纖維葉片廠破土動工
海上風電葉片制造企業天力公司，將投資30億元，分2期在臺中港工業專業區（Ⅱ）21公頃土地建廠。其中，第1期廠房于2018年11月7日動土興建，預定2019年11月完工，2020年開始量產9.5MW（百萬瓦）風力機所需80公尺以上的碳纖維葉片，年產值達百億元，有望成為亞洲最大海上風力機碳纖維葉片制造中心。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/46914.html
同時，包括天力、臺玻、臺塑臺麗朗、上緯、春雨、華立、華宏、臺船防蝕、南寶樹脂、久陽精密、荃宏應材、澳豐科技、先進復材，及復材公會等14家公司或單位，共同成立「離岸風電葉片產業聯盟」，試圖攜手打造「亞太離岸風電葉片產業鏈中心」，讓臺灣地區成為亞太風電葉片產業基地。
天力是臺灣地區唯一「MW級」風力發電葉片制造商，旗下臺中廠未來將制造風力機葉片、儲置及相關自有專利業務，并將產品出口至日本，及東南亞。https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/46909.html
天力臺中風力機葉片廠規劃生產9.5MW風力機所需80公尺以上的超長碳纖維葉片，預計2019年底試產，2020年開始量產，預估可帶動風電葉片產業鏈、零組件，及復合材料等行業，創造產業數千工作機會，并創造該產業產值達962.5億元。其中，可締造每年200億元的出口產值。
展開 
垂直軸風力機數值仿真——建模篇SpaceClaim附腳本 ￥12
腳本執行過程：
垂直軸風力機數值仿真——建模篇SpaceClaim.mp4
被動網格6DOF技術在垂直風力機優化設計中的應用
本案例的模擬得到了陜西工業科技攻關項目的支持，公開將模擬中的相關參數及成果與大家分享
傳統對于垂直風力機的模擬多采用滑移網格法，將流域分為旋轉區域和靜止區域，認為設定風力機轉速，這種方法操作簡單且能較為精確模擬出風力機的運動狀況，但這種方法做了過多簡化和假設與實際尚存在出入，如圖1所示為滑移網格模擬得到風垂直風力機速度場三維分布圖。
圖1滑移網格法得到的垂直風力機速度場三維分布圖
1.本案例采用的技術介紹
1.1 針對垂直風力機旋轉模擬最佳方法即被動網格法，但存在如下操作難度亦也是本案例的創新點：
（1）采用被動網格，對網格質量要求很高，很容易出現負體積；
（2）由于采用被動網格考慮的因素會更多，風力機的中心，慣性矩及體積等參數都需要借助solidworks，UG，ProE等進行獲取；
（3）需要編寫UDF函數
如圖2所示為本案例中采用的分析模型；
圖2本案例采用的五葉片分析模型
1.2 圖3為本例中采用的UDF函數；
圖3 本例UDF函數
1.3 網格劃分
建立局部網格的加密區，如圖4所示
圖4 網格劃分圖
2 結果分析圖
模擬可得垂直風力機葉片周圍的速度、壓力、湍流強度分布圖，以及不同葉片寬度下風力機的功率系數，從而可以用于確定風力機的最優設計，在保證功率系數最大的情況下，減少葉片表面風壓。
圖7為轉速為17rpm時不同葉片寬度的的力矩系數-時間曲線，從圖中可以看出，當葉片寬度為0.76m時力矩系數的周期性不是很明顯，同一周期內差別明顯，隨著葉片寬度的增加，力矩系數的變化出現了明顯周期性規律，同時可以看出葉片寬度在0.8m和0.82m時相同周期內各力矩系數的峰值之間差距相比于其他兩種葉片寬度最小。
展開 Workbench fluent風力發電機組葉片流場及溫度場仿真，附詳解視頻及原模型 ￥96
本文檔提供基于ANSYS的風力發電機組溫度場仿真全流程指南，涵蓋幾何處理、網格劃分、求解設置及后處理等核心環節，結合實用技巧與問題解決方案，助力用戶高效完成熱場分析，支撐機組熱管理設計與性能優化。
請使用全英文路徑完成整個流程。
1. 幾何建模與處理
1.1 幾何導入與預處理
啟動SpaceClaim模塊
在ANSYS Workbench中創建新項目，拖拽 “fluid flow(fluent)”模塊至項目流程圖。右鍵選擇“edit Geometry in SpaceClaim ”進入幾何建模界面。
通過菜單欄“File”→“Import”導入風機模型（支持格式：STEP、IGES、Parasolid等），直接拖拽模型到窗口也行。若模型包含多余部件（如螺栓、支架），需手動刪除以簡化計算。
幾何切割與旋轉操作。平面切割：選擇選項卡中的切割工具，以塔筒底部或葉片根部為參考平面進行切割，斷開幾何體的連接。此步驟確保后續旋轉操作僅作用于葉片部分。通過“Move”工具中的“Rotate”功能調整葉片至停機狀態（一個葉片朝下）。該軟件需要單獨學習操作的，可以關注作者的其他課程。
合并幾何體：使用“Combine”功能將旋轉后的葉片與塔筒合并為單一部件，避免后續分析中出現接觸面不連續問題。使用“Repair”工具修復模型中的微小縫隙或重疊面，確保幾何封閉性。對于復雜曲面（如葉片翼型），可通過“Simplify”功能減少局部細節，提升網格生成效率。
1.2 流體域抽取
創建外部流體域：在SpaceClaim中，選擇“準備”選項卡，使用“外殼”工具沿風機周圍生成長方體流體域，可以鍵盤上直接輸入數值。建議尺寸為風機幾何的20-30倍。
展開 風力渦輪機計算流體動力學和有限元分析-流固耦合 ￥23
該葉片的設計尺寸與GE 1.5XLE風力渦輪機相近，長度為42.3米。本模塊通過穩態單向流固耦合(FSI)分析，計算風力渦輪機葉片在氣動載荷作用下的變形。計算過程使用Fluent軟件，并包含計算結果和幾何文件……5
（1）mechanical
（2）Fluent
（3）耦合
你見過兩個葉片的風力發電機嗎？
Seawind并非2葉片風機制造的獨苗。2012年10月，遠景就在丹麥豎立了一臺EN128/3.6MW直驅型風機。
顯而易見，2葉片風機比3葉片風機少了一片葉片。而葉片作為風機主要的零部件，占風機總體成本的6%左右。同時，運輸成本，吊裝成本，維修費用也能有所降低。而且，海上風機對于噪音及視覺影響并沒有太高的要求。
那么2葉片風機是否就真能比3葉片風機便宜?目前，業界并沒有統一的說法。有的專家認為由于2葉片風機受力來的更復雜，對于結構設計強度要求也來得更高，葉片本身，傳動軸，機艙，塔架強度造價也相應的比3葉片風機來的高。所以2葉片風機不一定就比3葉片風機便宜。
下面這個是明陽風電3兆瓦雙葉片海陸兩用風力發電機組。
這也是國內首個單機容量3兆瓦雙葉片海陸兩用風力發電機組，位于張北縣的國家風電研究檢測中心，該機塔高80米，葉輪由兩葉片組成，葉片半徑48.5米，為海陸兩用機型，由廣東明陽公司設計制造。
2018年8月份，由日本新能源和工業技術開發組織（NEDO）牽頭的財團在日本北九州港完成一臺3MW示范性漂浮式風機組裝。
不論怎么說，你們以后可不準再說風力發電機只有三個葉片了，對了，你們覺得2葉片風機靠譜嗎？
來源：直觀學機械 資料源：風電峰觀察、歐洲海上風電
展開 【能源創客】VORTEX——沒有葉片的風力發電機是不是很酷炫？
沒有葉片的風力發電機是不是很酷炫？
西班牙 Vortex Bladeless 公司發揮了他們的想象力，制造出了沒有葉片的風力發電機！！
詳見【http://solarsplus.com/2015/09/01/vortex/】
COMSOL 軟件 5.4 版本新功能：快速模擬層壓復合材料
在西班牙作家塞萬提斯（Miguel de Cervantes）創作的著名小說《堂吉訶德》（Don Quixote）中，同名主人公幻想自己是一位中世紀騎士，在啼笑皆非的冒險中將風車錯認成巨人，結果讓長矛卡在一片葉片中。幸好現代的風力發電機葉片不必遭受這種尖銳的蠻力，但葉片設計仍然需要進行應力與模態分析，以應對現實中的結構和環境負荷。
為什么風力發電機葉片需要使用復合材料？
風推動風力發動機螺旋槳狀的葉片繞（連接到主軸的）轉子旋轉，轉子繼而帶動發電機產生電力。為了將風的動能轉化為電能，風力發電機葉片必須承受風力、重力和離心載荷。葉片數量可以增減（不過三片最為常見），這取決于風力發電機采用傳統的水平軸還是新式垂直軸設計。
發電機葉片必須足夠寬闊，才能發揮作用。大葉片要求工程師精心挑選合適的材料，既要輕盈，又要堅固。這些因素正是葉片承受結構荷載效應、抵抗大風、懸浮顆粒侵蝕和結冰等惡劣天氣，以及長期維持穩定運行的關鍵。
繪制小說中唐吉訶德攻擊的風車葉片充滿浪漫詩意（左），但設計能夠承受風暴的發電機葉片更加實用（右）。左圖：Gustave Doré 繪制的堂吉訶德插圖的版權處于美國公有領域。通過 Wikimedia Commons 分享。右圖：風暴摧毀了發電機葉片。圖片來源于 Jeff Miller 和 Western Area Power。在 CC BY 2.0 許可下使用，通過 Flickr Creative Commons 分享。
多年來，人們費盡心思尋找合適的葉片材料。20 世紀 40 年代，美國工程
Palmer Cosslett Putnam 與 S. Morgan Smith 公司合作，使用鋼制葉片制造出風力發電機。然而，由于使用的是金屬材料，發電機難以穩定地運行，一個葉片僅僅經過幾百小時就報廢了。
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GE混凝土3D打印風力發電機基座，復合材料3D打印葉片
導讀：葉片是風機捕捉風能的核心部件之一，它直接關系到風機的整體性能和發電效益，在整個價值鏈中處于頂層。如果將可以節約制造成本、縮短生產時間的3D打印引入葉片生產，效果會如何？
2022年4月23日，南極熊獲悉，基于在航空發動機及燃機零部件3D打印上的豐富經驗，通用電氣旗下的再生能源公司開啟了一個新的項目，使用大型的混凝土3D機來建造風力渦輪發電機的基座，由此來減少運輸成本和人力成本。根據測算，通過將一個高度為80米的5MW風機提高至160米的高度，風電場運營商可以增加至少30%的發電量。
風能被認為是一種清潔無公害的可再生能源，隨著全球變暖等環境問題越來越嚴重，風力發電成為了一些國家的重點發展項目。為了能夠充分應用風能，風力渦輪發電機都建的比較大。建造時，需要先打地基，就是挖出一個足夠深的坑，再在其中搭建鋼筋結構，最后澆筑混凝土，整個過程需要大量的工人協同完成。
再生能源公司希望通過混凝土3D打印的方式來建造地基。目前，他們將以現有的混凝土3D打印技術為基礎，進行優化，目標是5年內實現商用。
再生能源公司表示，通過3D打印，可以改變目前的渦輪風力發電機的結構，實現創新。目前，渦輪風力發電機的基座都和地面齊平，在上面搭建大型的金屬圓柱體。再生能源公司的設想是不僅打印基座，還會打印一部分的塔身（原來金屬圓柱的部分）。這樣就能減少大型圓柱體的運輸，節約運輸成本，并降低風力渦輪發電機的搭建難度。
讓風機變得更高后，更輕則是下一個追求。最近，GE與美國能源部建立合作，研究使用3D打印制造風機葉片。這個為期25個月、耗資670萬美元的項目將重點研究如何通過低成本的熱塑性材料和3D打印技術制造一套風機葉片的葉尖部分。
展開 FLUENT精典案例-水平軸風力機仿真基本過程
FLUENT精典案例-水平軸風力機仿真基本過程
01案例介紹
如下兩圖所示風力機（葉片），仿真僅考慮葉片，不考慮支架和中間連接的部件（考慮支架的做法相同，無技術障礙，只考慮葉片的話處理起來更簡潔而已），模擬運轉中的流場。
考慮支架應該是下圖（不是我的圖）的樣子。
02網格形式
外場域通常取為圓柱體或長方體。可制作為混合網格或純粹非結構網格形式（葉片附近比較麻煩，用純結構網格太麻煩，代價太大）。
03仿真基本設置
仿真過程可供參考，設置過程的截圖基本完整。
1、穩態計算/瞬態計算
若只需要得到穩態結果，可選穩態。若需得到不同時刻結果，選擇瞬態。
2、設置轉速單位為rpm，方便設置轉速
3、使用標準k-ε湍流模型
4、設置動域轉速
這里使用的是定轉速，若需根據風速自動得到轉速，請使用6DOF方式。
展開 10米大的風力渦輪3D打印機，Voxeljet與GE合作
2021年9月18日，南極熊發現，在GE可再生能源部門最近發布的一份公告中描述了與voxeljet和Fraunhofer IGCV的合作，目的是開展風力渦輪機的有效生產。
△大尺寸的風力渦輪機葉片。來源：GE可再生能源
可再生能源已經成為一項使用量急劇增加的技術，而該領域的一個關鍵組成部分是風能。風能是通過風經過時渦輪機旋轉轉化得來的。擁有大直徑葉片的風輪機能源轉化效用最高，然而大葉片需要大的塔架，否則葉片尖端會撞擊地面。換句話說，未來的風力渦輪機最好以巨大的規模制造，這就帶來了一個問題。
在傳統的工廠里制造這些巨大的部件意味著它們必須被運到建造地點。通常情況下，建造地點需要位于風向最佳的地方，這往往是在不靠近工廠的地點，又或者沒有適當的道路通行。
大型部件的運輸也意味著穿越公路網，而且有很大的尺寸限制。有時，這意味著大件物品必須被分割成多個部件，在現場組裝，也需要額外的運輸成本。
對于一個致力于降低排放的行業來說，這聽起來并不像一個成功的案例。
△Voxeljet3D打印過程。來源：GE可再生能源
目前，業內推出的新概念是直接在施工現場生產較大的部件。Voxeljet的設備將打印出砂模，這將成為大規模鑄造的模具。通用電氣可再生能源公司表示：“一些部件的長度可能大到9.5米（31英尺）。我們正在開發的AdvanceCasting Cell（ACC）3D打印機將得到德國聯邦經濟事務和能源部的財政支持，通過打印的模具來鑄造GE Haliade-X的機艙2的部件，每個部件的重量可以超過60公噸，這種生產模式將把模具制作時間從十周或更長時間縮短到只有兩周。"
△大型渦輪機部件的鑄造工藝。
展開 文獻分享丨綜述：風力渦輪機與風場的尾流
實現這一目標的一個方法是，主動阻礙單個風力機的性能，換取整個風電場的發電量。具體表現為，風力機的葉片槳距角（blade pitch）、傾斜角（tilt angle）、及偏航角度（yaw angle）的調整。其中偏航角的控制被認為是使尾流原理下一個風機機的有效策略，且最近的研究表明，合適的偏航角控制可以提高整體發電場的發電量。但其伴隨的缺點為，需要更多關于解決偏航錯位下單風力機的結構載荷的研究。
當偏航角小于10°時，尾跡受偏航角度的影響較小，偏航角度過大時（大于20°），尾流會發生根本變化，及存在反向旋轉的渦流對。且尾流除了橫向位移外，還具有垂直位移。
垂直軸風力機
一個兆瓦級的垂直軸風力機，轉子直徑約為50米，轉子高度約為100米。Shamsoddin and Porté-Agel（2016）通過計算100多種不同的葉尖速比、葉片弦長（就是組合成不同的實度）參數下的功率系數，模型基于大氣層邊界，最佳功率系數下的實度與葉尖速比的組合為0.18與4.5，此時的功率系數有0.47。
垂直軸風力機的尾流與水平軸風機不同的一點是，其尾流在平均速度與湍流強度的展向剖面上具有不對稱性，圖中為雙葉片的垂直軸風力機俯視圖。最大的流速點的位置在向葉片的迎風一側移動，也就是葉片速度的流向分量和來流風速具有相同方向的那一側，在圖中右側為背風側，左葉片為迎風側，這是因為在迎風一側，葉片相對于流場的相對速度更大，因此葉片對流體施加的力就越大。
垂直軸風力機的尾流中，水平湍流強度有兩個局部的峰值，一個在迎風側，一個在背風側，在大多數的實驗中，背風側的峰值要高于迎風側的峰值，這主要是由于背風側的失速的影響。
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