风沙环境下颗粒对风力机翼型气动性能的影响研究

发布时间：2025-06-28 01:26

　　西北地区的风力机长期在风沙环境中运行,沙尘颗粒不仅使叶片产生磨损,而且通过和空气的相互作用改变来流中的风能,进而影响风轮功率的输出。因此,研究风沙环境下沙尘颗粒与翼型壁面及空气的相互作用机理尤为重要。本文以风力机专用翼型S809为研究对象,基于欧拉-拉格朗日方法,采用SST k-ω湍流模型和DPM模型,通过探讨各雷诺数下不同直径颗粒在翼型流场中的运动特性,研究了不同直径颗粒与翼型壁面的作用,以及颗粒对翼型气动性能和流场结构的影响。另外,考虑颗粒重力效应,研究了叶片在不同方位角处翼型（叶素）气动性能的变化,进而分析了对风轮的影响。1)为确保模拟方法的准确性,对采用的SST k-ω湍流模型和DPM模型进行了验证计算。针对SST k-ω模型,通过改变其封闭常数β*,在多个雷诺数下进行翼型升、阻力系数的验证。发现小攻角（约α<9°）时,封闭常数β*=0.09更符合实验结果,尤其是在小雷诺数下;大攻角（约α≥9°）时,β*=0.11更符合实验结果。另外,DPM模型的颗粒入射类型和轨道密度对翼型升阻力系数存在影响。研究发现,采用group入射类型能取得更好的模拟结果,颗粒轨道密度选取250较合...

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题名称及来源
    1.2 研究背景和意义
    1.3 研究现状
        1.3.1 气固两相流动的研究现状
        1.3.2 针对风力机气固两相流动的研究现状
    1.4 本文主要研究内容
第2章 基本理论
    2.1 风力机相关理论
        2.1.1 动量理论
        2.1.2 叶素理论
    2.2 气固两相流理论
        2.2.1 颗粒起动风速和粒径的关系
        2.2.2 颗粒在流体中运动的受力
        2.2.3 颗粒沉降速度和松弛时间
    2.3 模拟方法
        2.3.1 SST k-ω湍流模型
        2.3.2 离散相模型(DPM)
    2.4 本章小结
第3章 模拟方法及验证
    3.1 基本假设
    3.2 研究对象和计算域
    3.3 网格划分及边界条件
    3.4 颗粒轨道无关性验证
    3.5 本章小结
第4章 风沙环境下不同直径颗粒在S809翼型流场中的运动特性及其对翼型气动性能的影响
    4.1 不同雷诺数下粒径对颗粒运动特性及翼型气动性能的影响
        4.1.1 对颗粒运动特性的影响
        4.1.2 对翼型气动性能的影响
        4.1.3 对流场湍动能的影响
    4.2 雷诺数Re=1×10⁶下粒径和攻角对颗粒运动特性及翼型气动性能的影响
        4.2.1 颗粒轨迹和最大速度变化
        4.2.2 颗粒直径对翼型气动性能的影响
    4.3 本章小结
第5章 颗粒重力效应对翼型气动性能及风轮受力的影响
    5.1 理论依据
    5.2 颗粒重力效应对S809翼型气动性能的影响
    5.3 颗粒重力效应对风轮受力的影响
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录



本文编号：4054198