1叶片的几何建模目前国内一般都采用三叶片式风轮用于大型水平轴式风力机，因为三叶片的风轮其输出功率比较稳定。因此风轮的设计叶片数B=3。风轮的转化效率与风力机的叶尖速比密切相关，风力发电机的叶尖速比决定着风轮捕获风能的能力。目前设计的并网发电型风机，其叶片大多是3叶片结构，设计的叶尖速比一般都在（5~8）之间，本文考虑到风机运行过程中振动和噪声的影响，经过调研了解到叶尖速比的有用信息，这里在进行叶片设计时选择叶尖速比的值为6。 经过Profili 软件分析，发现在不同的雷诺数下，攻角的度数为6度时获得的升阻比最大。如表1中列出了NACA4415翼型在来风攻角6度条件下的雷诺数400000和500000的情况下的气动信息，包括叶片收到的升力Cl 、阻力Cd 、升阻比Cl/Cd ，和扭矩Cm 。
表1翼型攻角信息图
NACA4415-Alfa=6.0
Re
Cl
Cd
Cl/Cd
Cm
400000
500000 1.09871.10330.0118
新菠萝灰粉蚧0.01193.1102100.30.08960.0905
在Profili 软件中我们查到，NACA4415翼型的升阻比在雷诺数R e =0.5×106处达到最大值。我们知道升阻比在风机叶片对风能的吸收中起着关键性作用，通过上面的表格可以查得攻角α=6，对应的最大的升阻比C L
/C D =100.3，
升力系数C L =1.1033，阻力系数C D =0.011。本文选择Glauert
模型对叶片的叶素进行几何结构的设计。其Glauert 模型 如公式（1）所示：
（1）l —叶展方向r 处的弦长；β—叶展方向r 处的安装角；C L —升力系数；B —风力机叶片数目；λ0—尖速比；α—攻角。在叶片翼型设计时我们采用了Profili 软件作为叶片翼型几何外形设计的工具。Profili 软件有着丰富的翼型库，能够设计出几乎现在能够用到的所有翼型以及翼型组合。该软件有着丰富的软件接口，能和很多常用的建模软件相连。例如CAXA 建模和查询软件。我们在Profili 软件当中选择我们想要的NACA4415翼型，将其保存为能够被CAXA 软件所识别的ASCII 格式。由
于CAXA 软件对
ASCII 格式文件具有兼容性，可以在其软件中打开，我们利用CAXA 査的询功能，以电子图版的格式将其保存文件打开，得到翼型曲线控制点的坐标数据，如图1所示。图1CAXA 中的叶片形状图2CAXA 中翼型曲线控制点的坐标数据图图1中列出了叶片的几何形状是由很多不同位置的像素所组成，通过查询叶片几何形状中关键像素点的位置信息，就能得到建立叶片二维翼型的数据信息。图2是经过像素点位置信息的查询所得到的二维数据。我们要建立
的是叶片的三维几何模型，因此只有二维数据是不够的，
因此还要在Z 方向添加叶片不同截面所对应的半径数据，
至此，我们获得了叶片三维几何外形全部的数据信息。2风机的几何建模通过对大型风电企业的调研，了解到目前所用到的风
机轮毂大多采用导流罩结构，因此本文在进行轮毂的设计时采用导流罩的几何外型，以减小对风的阻力，将叶片模型导入并与轮毂对接，将叶片以120度角沿Y 轴复制旋转，完成3个叶片的对接安装。至此，风轮的几何模型建立完成，如图3所示。因为我们研究的是风机的外部流场，所以在进行机舱建模时省略了齿轮箱、联轴器、发电机等内部结构，只建立机舱的三维几何外形模型。了解到目前大 风力发电机整机流场收敛性分析
赵元元
（天津轻工职业技术学院，天津300350）
摘要：叶片是风力发电机中的关键部件，是风力发电机的能量转化的来源。所以叶片的几何结构显得尤其重要。目前风机叶片的
设计要满足良好的空气动力外形、可靠的质量和优越的性能等条件，翼型和材料选择等方面成为风机叶片设计的关键技术。
关键词：风机流场；数值模拟；收敛性
图5求解器的选择和设置
型风电企业，考虑到实际工程中的应用，大型风机的塔筒一般为三段式圆柱形结构，下宽上窄，具有一定的锥度。我们简化模型，把塔筒分为两节，高度有底向上依次为30米，48米，底部直径4.5米，
顶部直径3.5米。导入机舱和塔筒的三维模型，完成风轮与机舱和塔筒的对接安装，至此，整个风机的装配完成，建立起1.0
兆瓦风机的三维几何模型，如图4
所示。
图3风轮装配图
图4风机的三维几何模型图
3仿真参数的设置3.1求解器的选择
Fluent 求解器采用的是离散的求解方法。主要包括两个方面，一个是所建立的模型进行空间上的离散，一个是控制方程采用离散算法。模型空间上的离散通过划分网格来完成。每个网格节点都对应着一组代数方程组，而控制方程的离散可以转变为对每个网格节点的代数方程组的求解来实现。这样，Fluent 将代数方程和网格节点信息紧密的联系起来，实现对建立的模型的仿真。求解器还可分为两种：一种是隐式求解器，一种是显式求解器。显示求解器的未知量是通过求解已知量方程来获得，每个未知量只存在于一个方程之中。单元内所有未知量的解只需通过求解单一方程即可求得。
我们通过上面对求解器的分析，并且结合风机流场分析的特点，在进行三维非稳态计算时我们选择基于压力的分离隐式求解器。采用压力速度耦合的算法。为了提高计算的收敛速度，我们选取较小的松弛因子。选择二阶迎风格式来进行计算，以获得较稳定和精确的解。如图5所示是求解器的选择和设置过程。
3.2湍流模型的设置
Fluent 有着强大、丰富的湍流模型，如图6所示：其中包括无黏模型、层流模型、Spalart-Allmaras 单方程模型、Reynolds 应力模型和LES 大涡模拟模型等。Spalart -Allmaras 单方程是一类相对较新的单方程模型，增加了一组新的方程来处理动力漩祸粘性问题，省去了对与剪切力层厚度相关的长度尺度的计算，使模型变得简单。该模型涉及到WALL 边界内的流动，当网格划分不理想时，Spalart-Allmaras 模型可以使用WALL 函数，在质量较低的网格情况下具有很好的适应性。在低雷诺数情况下，能够有效的处理边界层的粘性影响。该模型在叶轮机械上应
用较为普遍。所以我们选择Spalart-Allmaras 单方程模型作为输入条件。
图6FLUENT 中的湍流模型
3.3边界条件的详细设置
我们研究的风机的外部流场包含两个区域，一个是旋转区域，一个是静止区域。其中我们重点研究的是旋转区域。旋转区域包括风机叶片的旋转和外部流场的旋转。这两部分沿Z 轴以相同的角速度以相同的方向旋转。其旋转的中心是坐标原点。我们选择的是滑移网格的计算方法。其参数设置如图7所示：流体物质的名称选择空气，运动类型选择滑移网格，在角速度输入框输入我们要设置的风轮的旋转角速度，这里可以根据风轮运行工况的不同进行不同旋
转速度值的设置。图8是叶片参数的设置，因为叶片和旋转
区域具有相同的角速度，所以在设置时相对于旋转区域，叶片的旋转速度为0，叶片的壁面设置成移动墙，保证叶片和旋转区域无相对运动。除此之外，还要对自由出流的出口流量比进行设置，我们将自由出流的出口流量比设置为1。下面还要对监测窗口和监测曲线进行设置，包括残差曲线、特征量监测等。这将在下面的小节详细介绍。
图7
流场旋转区域参数设置
图8
叶片的运动参数设置
在进行流场收敛性判断之前，需要对仿真步长进行设
置。仿真步长的大小一般决定着计算速度的快慢和计算精度的高低。为了获得较好的收敛效果，在零转速的情况下进行1000步的初始化仿真，根据网格尺寸的大小，对变风速工况设置仿真步长为0.005s ，流场提前到达稳定的状态。接下来调整风轮转速到特定的转速工况，进行50步的计算，使流场在新的转速下很快实现平衡，最后设置总的仿真时间，记录仿真数据，开始计算。
4流场收敛性判定理论上，只有当流场收敛时，仿真数据才能准确。所以流场的收敛性判定至关重要。当流场收敛时，每个控制单
景区拍照元的质量、动量、能量都能达到守恒。FLUENT 有三种方法来判定计算是否收敛：一种是随着迭代计算的进行，监测量不再发生变化或基本呈稳定状态。二是整个系统的质量和能量基本守恒。三是残差低于设定值。因为本文研究的是非稳定状态，所以除了上面提到的之外，还要设置读取进出口流量差、检验旋转与静止区域交接面上数据的统一性、风轮扭矩系数的监测曲线来判定流场的稳定。
4.1残差曲线丙烷脱氢制丙烯
残差值是判定流场是否收敛的参考量，在做风机流场收敛性判定时残差可以理解为单元中各个表面的通量之和。当流场收敛时，理论上所有物理量的输运之和为零，即单元内没有源项使各个表面有通量
流入。FLUENT 一般采用迭代计算的方法来解决非稳态流场的流动。垂直速度切变风的仿真时间在2s 之前完成了初始化的过程，其残差曲线如图9所示。图中的曲线代表不同的变量：其中continuity 表示连续性方程的残差，x 、y 、z 表示笛卡尔坐标系三个方向上的速度残差。本文设置的残差值下限是FLUENT 默认的10-3，当计算得到的残差低于10-3时认为该时间步的计算收敛，继续进行下一时间步的计算。
图9
残差曲线
4.2流场速度和压力云图
我们研究的是风机的外部流场，包括静止部分和运动部分。所以在进行仿真的时候需要把运动部分和静止部分的交界面的流通性考虑进来。风速切变工况风轮旋转的仿真图如图10和图11，额定转速为18rpm 下的仿真时间为t=7.5s 时流场仿真，分别为X=0截面和Z=0截面的速度云图。从图中我们可以观察到，旋转区域与静止区域的交界面处速度一致，交界面实现了很好的数据交换，叶片后方尾流区域流速稳定，表明整个流场实现了收敛。
图10X=0
截面速度云图
mrow0引言
高铁的齿轮箱是由箱体、轴承、轴承套和齿轮以及轴等四项主要部分组成。轴承作为其结构中连接项的关键部分，轴承的故障率相较于齿轮箱其他组成结构故障率是最高的，以常见的轴承位低温变形便可看出，其受低温的影响主要是与自身材质和整体结构之间有一定关系。 1关于高铁齿轮箱轴承位低温变形影响在高铁齿轮箱轴承位低温变形的现象中，在寒冷地区由于低温的影响，轴承位容易发生变形造成高铁发车或运行时极易形成齿轮箱轴承抱死的状况出现。使得列车本身受损前行受阻，继而影响到整个高铁系统的运行，为整体交通状况带来不便。而齿轮箱轴承位低温变形也极易使箱体内部的其余构件受损，造成额外的维修和调试，对整体高铁的运行和行业发展起到了十分不利的负面影响。因此对高铁齿轮箱轴承位低温变形的研究是降低齿轮箱故障率，保障高铁交通发展效率的关键所在。2造成高铁齿轮箱轴承位低温变形的原因
前文我们已经提过高铁齿轮箱的内部结构组成，而轴承位作为其故障率频发的一环，其遇低温变形的主要原因与自身和箱体的材料不同有着一定的关系。目前我国轴承套多采用铸铁来制造，而齿轮箱箱体一般又以铝合金材料为主，两者材质的不同使其经过严寒低温地区时，轴承位极易发生变形，从而使整体结构组成受到影响，继而出现轴承变形故障的出现。由此可见造成高铁齿轮箱轴承位低温变形
的原因与箱体和轴承位的材质用料不同有着直接的关系；从设计上来看高铁齿轮箱的上下箱体、输入轴前后的轴承套以及输出轴前后轴承套部分，在轴承与轴承套接触部分常会出现接触面与内圈边不匀的现象，造成轴承的磨损度提升，使轴承位遇低温变形幅度误差上升，从而造成行车故障，因此高铁结构设计环节的精确度稍有偏差便会使高铁齿轮箱轴承位低温变形加剧，所以其也可看作是高铁齿轮箱轴承位低温变形的原因所在。通过我们大致的分析和整理，以高铁齿轮箱轴承位低温变形的原因为前提，我们在对其进行研究时便有了明确的方向性。
3对高铁齿轮箱轴承位低温变形的研究3.1研究方案
在我国目前通行高铁的地区，以北方低温地区来看，最低零下40度左右为例，选取铸铁材质的轴承套和铝合金材料制成的齿轮箱箱体，保证其内部构件之间的完整合——————————————————————
—作者简介：仇文凡（1989-），男，江苏常州人，钳工高级技师，从事
城市轨道列车齿轮箱驱动装置的组装与研究；沈伟斌（1977-），男，江苏常州人，中级工程师，从事机加工工艺研究；陈瑞兴（1986-），男，江苏常州人，中级工程师，从事轻轨齿轮传动系统的技术研发；李敬（1975-），男，江苏常州人，高级技师，从事城市轨道列车齿轮工艺研究与加工。主要完成了风机外流场仿真前的准备工作。其中包
括风速模型加载过程中所涉及到的边界条件的设置。计算方法选择上利用基于压力的分离隐式求解器来完成仿真的计算。湍流模型上选择适用性好的Spalart-Allmaras 单方程湍流模型来完成大气的运动过程的仿真。对风机
管道内衬的运动区域做了详细的设置，采用滑移网格算法完成对旋转区域的旋转速度的设置，包括风机的叶片和外部旋转空间。
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哈尔滨工程大学学报，2012：595-600.
图11Z=0截面速度云图
关于高铁齿轮箱轴承位低温变形的研究
仇文凡；沈伟斌；陈瑞兴；李敬
（中车戚墅堰所机车车辆工艺研究所有限公司，常州213011）电子围栏技术
摘要：近年来，随着我国交通业的发展，高速铁路建设发展也是极为迅速，而齿轮箱轴承位作为高铁车辆内部结构中极为重要的
组成部分，在行驶过低温地区时极易出现变形的状况。本文将对关于高铁齿轮箱轴承位低温变形的研究进行分析探讨，并做对应的归纳总结。
关键词：高铁齿轮箱轴承位；低温变形；研究分析；意义及总结
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