以NREL 5 MW风力机后掠叶片为研究对象,结合复合材料铺层在ANSYS APDL中设计叶片有限元模型,通过CFD方法求解剪切指数为0.2时直叶片和两种后掠叶片(后掠2 m和后掠4 m)在0°和180°方位角下的气动载荷发现后掠4 m叶片在后掠段有明显的降载功能,随后使用ANSYS静力学模块对各叶片进行模态、静力学计算,分析不同后掠叶片的结构特性。结果表明相较于直叶片,后掠4 m叶片有较好的降载性能,在0°和180°方位角下轴向力在0.8R处最大可降低7.5%和9.1%;随着后掠量的增加,一阶模态频率逐渐减小,一阶频率与3倍基频3P分别相差13.4%,11.9%及10.2%,因此不会发生共振;同一方位角下,后掠4 m叶片的叶尖位移最大,直叶片次之,后掠2 m叶片叶尖位移最小。

针对污泥回流泵在污水中缠绕问题,设计了20?、40?、60?三种后掠角的叶片;针对机组效率低下的问题,重新设计了节段式、扭曲式两种导叶。基于RNG k-ε湍流模型与SIMPLE算法分别从外特性和内部流场分布方面对比分析了优化前后水泵性能情况。数值模拟结果表明:随着叶片后掠角的增加,污泥回流泵扬程与轴功率均下降,随着后掠角度变大,下降幅度也变大;后掠角为20?的污泥回流泵效率曲线较平稳,高于原型泵。扭曲导叶的改型使得污泥回流泵的扬程和效率都得到了大幅提高。