改善风力机叶型气动性能的数值研究

发布时间：2020-07-08 16:54

【摘要】：随着相关技术的日臻成熟,风力机日趋大型化的发展趋势对其气动性能提出更高的要求。流动控制技术是目前较为盛行的风力机叶型改型方法。本文分别采用被动流动控制以及主动流动控制对相应翼型进行优化,得出具有锯齿尾缘和施加定常吸气的风力机翼型。在3.6MW风力机叶片距叶根18m处取一个截面,通过Wortaman直接截取法,在弦长方向距后缘10%的地方截断,形成钝尾缘翼型,并在钝尾缘翼型上参照降噪风力机的锯齿尾缘取h/λ=4形成方形、三角形锯齿尾缘。将两种翼型与原翼型进行对比,针对三种翼型采用RNG的k-ε模型对多种工况进行数值模拟,研究不同类型锯齿尾缘对升力系数、阻力系数、力矩系数、失速性能等气动性能的影响。锯齿尾缘能够有效地提高升力,减小阻力,提高力矩系数,控制边界层分离,推迟失速。三角锯齿在改善气动性能参数方面优于方形锯齿尾缘,但是制造较为麻烦。方形锯齿尾缘具有强度高、易加工的优点。在翼型分离点处开孔,通过额外的泵与管道系统对孔施加定常吸气,孔宽为弦长1%~10%,吸气压强为-50Pa~-500Pa。采用Spalart-Allmaras模型对多种工况进行数值模拟研究吸气工况参数对气动性能的影响。定常吸气扰动模式与流场主流的耦合能够有效改善气动性能,通过局部能量的输入,能够获得全局流动格局的改变,达到推迟失速,延缓分离,提高升力的控制效果。将稳态流场的计算结果作为初始值,在非稳态的流场中采用Spalart-Allmaras模型进行数值模拟,研究定常吸气对前缘分离涡与后缘分离涡的脱落机理、压力分布、流动分离的控制以及升阻力等方面的影响。定常吸气扰动模式与流场主流的耦合能够有效改善气动性能,提高升力,控制流动分离。定常吸气的引入使吸力面压强降低,吸力面和压力面的表面压差增大,从而提高了升力。定常吸气有效地控制了流动分离,减小了前缘分离涡与尾缘分离涡的尺寸,从而减小波动提高叶型稳定性。
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK83

【参考文献】

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本文编号：2746796