(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111446667.0 (22)申请日 2021.11.30 (71)申请人 株洲时代新材 料科技股份有限公司 地址 412007 湖南省株洲市天元区海天路 18号 (72)发明人 胡杰桦　宋传江　詹佳普　冯学斌　 戴龙侠　侯彬彬　彭超义　梁鹏程　 凡盛　刘鹏辉　张文伟　易礼毅　 邓航　 (74)专利代理 机构 湖南兆弘专利事务所(普通 合伙) 43008 代理人 周长清 (51)Int.Cl. F03D 1/06(2006.01) F03D 17/00(2016.01)F03D 80/00(2016.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种风力发电机叶片流固耦合分析方法 (57)摘要 本发明公开了一种风力发电机叶片流固耦 合分析方法， 其包括： 步骤S1： 根据叶片的原始 外 形参数和原始翼型三维坐标点建立叶片的原始 三维模型C0； 步骤S2： 根据叶片的原始三维模型 C0， 使用CFD仿真软件计算风机流场， 使用CAE结 构分析软件得到叶片结构变形； 步骤S3： 通过载 荷映射以及叶片变形量建立联系， 进行迭代求 解， 得到叶片的载荷及变形量。 本发明具有原理 简单、 易操作、 精度高等优点。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 114352470 A 2022.04.15 CN 114352470 A 1.一种风力发电机叶片流固耦合分析 方法， 其特 征在于， 包括： 步骤S1： 根据叶片的原 始外形参数和原 始翼型三维坐标点建立叶片的原 始三维模型C0； 步骤S2： 根据叶片的原始三维模型C0， 使用CFD仿真软件计算风机流场， 使用CAE结构分 析软件得到叶片结构变形； 步骤S3： 通过载荷映射以及叶片变形量建立联系， 进行迭代求解， 得到叶片的载荷及变 形量。 2.根据权利要求1所述的风力发电机叶片流固耦合分析方法， 其特征在于， 所述步骤S2 中， 使用CFD仿真软件计算风机流场， 是根据叶片的原始三维模型C0以及流场边界条件， 创 建CFD流场仿真 分析模型， 计算叶片表面载荷压力载荷P0。 3.根据权利要求1所述的风力发电机叶片流固耦合分析方法， 其特征在于， 所述步骤S2 中， 使用CAE结构分析软件计算叶片 结构变形， 是根据叶片的原始三维模型C0以及结构铺层 信息， 创建CAE结构仿真分析模 型F0； 将叶片表 面载荷压力载荷P0作为载荷加载到CAE模 型F0 中， 计算叶片叶尖变形DT0。 4.根据权利要求1 ‑3中任意一项所述的风力发电机 叶片流固耦合分析方法， 其特征在 于， 所述步骤S3中， 根据叶尖相对变形的判断依据， 确定流场及结构仿真计算是否收敛； 如 计算收敛， 则输出载荷及外形， 如不收敛， 则输出变形后的外形， 并进行CFD流场模型以及 CAE结构模 型重构， 并重新进 行载荷映射， 直到叶尖相对变形达到收敛标准， 判定计算收敛， 输出最终叶片载荷 及叶片变形。 5.根据权利要求4所述的风力发电机叶片流固耦合分析方法， 其特征在于， 所述步骤S3 中， 判断叶尖相对变形 △DT是否满足小于或等于设定的阈值， 如满 足则输出外形C1， 如不满 足则进行迭代求 解。 6.根据权利要求5所述的风力发电机叶片流固耦合分析方法， 其特征在于， 所述设定的 阈值为2％‑7％。 7.根据权利要求6所述的风力发电机叶片流固耦合分析方法， 其特征在于， 所述设定的 阈值为5％。 8.根据权利要求4所述的风力发电机叶片流固耦合分析方法， 其特征在于， 所述迭代求 解的流程包括： 步骤S100： 根据叶片三维模型CN及流场边界条件， 创建CFD仿真分析模型， 计算叶片表面 压力载荷PN； 所述叶片三维模型CN为第N次时构建的叶片三维模型， 所述叶片表面压力载荷 PN为第N次时得到的叶片载荷； 其中N 为循环次数， N 为自然数； 步骤S200： 根据叶片 三维模型CN以及结构铺层信息， 创建CAE结构仿真分析模型FN， 所述 结构仿真分析模型FN为第N次时构建的结构仿真分析模型； 将叶片表面压力载荷 PN作为载荷 加载到CAE模 型FN中， 计算叶片叶尖变形DTN； 所述叶片叶尖变形DTN为第N次时的叶片叶尖变 形量； 步骤S300： 判断叶尖相对变形 △DT是否满足小于等于设定的阈值， 如果满足， 则输出外 形CN+1； 如果不满足， 则计算不收敛， 继续迭代返回步骤S100； 如果不是， 则计算收敛， 输出叶 片最终载荷 及叶尖挠度。 9.根据权利要求1 ‑3中任意一项所述的风力发电机 叶片流固耦合分析方法， 其特征在 于， 所述叶片的原 始外形参数包括弦长、 扭角、 预弯、 相对厚度、 变 桨轴位置 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114352470 A 2一种风力 发电机叶片流固耦合分析方 法 技术领域 [0001]本发明主要涉及到风力发电技术领域， 特指一种风力发电机叶片流固耦合分析方 法。 背景技术 [0002]随着风电技术的发展， 叶片功率等级越来越大， 叶片越做越长， 随之而来的叶片重 量越来越大。 在进行叶片轻量化设计时， 不可避免的会造成叶片刚度降低， 叶片柔性更大。 而风电叶片在工作时， 存在流体与固体之间的相互耦合作用， 叶片容易 发生变形。 这不仅 将 影响叶片发电性能， 同时也对主机安全带来隐患。 [0003]为了能够更加精确的计算风电叶片的受力状态及变形情况， 就必须进行叶片的流 固耦合分析。 [0004]现有技术中关于风电叶片的流固耦合系统研究相对较少， 主 要原因如下： [0005]1、 风力发电叶片在运行过程中变形很大， 传统的流固耦合分析方法不适用于大尺 寸、 大变形的风力发电叶片分析； [0006]2、 叶片的结构属性复杂， 涉及复合材 料铺层设计， 很难建立 准确的结构分析模型； [0007]3、 风电叶片变形较大， 导 致流场网格重构困难； [0008]4、 叶片变形后， 流场网格与结构网格空间位置之间的差异， 导致两者之间的数据 传输困难。 发明内容 [0009]本发明要解决的技术问题就在于： 针对现有技术存在的技术问题， 本发明提供一 种原理简单、 易操作、 精度高的风力发电机叶片流固耦合分析 方法。 [0010]为解决上述 技术问题， 本发明采用以下技 术方案： [0011]一种风力发电机叶片流固耦合分析 方法， 其包括： [0012]步骤S1： 根据叶片的原始外形参数和原始翼 型三维坐标点建立叶片的原始三维模 型C0； [0013]步骤S2： 根据叶片的原始三维模型C0， 使用CFD仿真软件计算风机流场， 使用CAE结 构分析软件得到叶片结构变形； [0014]步骤S3： 通过载荷映射以及叶片变形量建立联系， 进行迭代求解， 得到叶片的载荷 及变形量。 [0015]作为本发明分析方法的进一步改进： 所述步骤S2中， 使用CFD仿真软件计算风机流 场， 是根据叶片的原始三维模型C0以及流场边界条件， 创 建CFD流场仿真分析模型， 计算叶 片表面载荷压力载荷P0。 [0016]作为本发明分析方法的进一步改进： 所述步骤S2中， 使用CAE结构分析软件计算叶 片结构变形， 是根据叶片的原始三维模型C0以及结构铺层信息， 创建CAE结构仿真分析模型 F0； 将叶片表面载荷压力载荷P0作为载荷加载到 CAE模型F0中， 计算叶片叶尖变形DT0。说　明　书 1/4 页 3 CN 114352470 A 3