风力机专用翼型气动特性的数值计算和分析

发布时间：2020-07-11 00:41

【摘要】：本文在分析了国内外风电开发及风力机专用翼型气动特性研究现状的基础上，采用计算流体力学数值模拟方法，对几种典型风力机专用翼型的气动特性开展研究。通过运用Fluent软件对DU95-W-180翼型在干净和前缘粗糙状态下的气动特性进行数值计算，结合实验数据，验证了所采用的二维计算方法在一定的工况下可以有效地进行风力机专用翼型的气动特性研究；通过DU95-W-180和S810两种翼型，研究了不同前缘半径的翼型对前缘粗糙度的敏感性；通过FFA-W3-211翼型，预测了尾缘附近压力面粗糙度对翼型气动特性的影响，并总结了相关规律；通过建立FFA-W3-241翼型的三维模型，运用脱体涡模拟（Detached EddySimulation，DES）方法对FFA-W3-241翼型的大攻角气动特性进行数值计算，结合实验数据，验证了所采用的三维数值计算方法在失速发展区可以有效地进行风力机专用翼型的气动特性研究，并采用三维数值计算方法预测了前缘粗糙度以及Gurney襟翼对FFA-W3-241翼型大攻角气动特性的影响。 不同前缘半径的翼型对前缘粗糙度敏感性的数值研究：在一定的雷诺数和攻角条件下，对于厚度相同的翼型，前缘半径较小的对前缘粗糙度的敏感性较低，前缘半径较大的则相对较高。尾缘附近压力面粗糙度对翼型气动特性的影响：在一定的攻角和雷诺数条件下，提高翼型尾缘压力面粗糙度，能有效提高翼型的升力系数，同时阻力系数也增加，升阻比有一定程度的提高；粗糙带的厚度存在最优值，宽度存在最优值和临界值；对于干净翼型，随着雷诺数的增加，升力系数增大，阻力系数减小，升阻比增大；对于尾缘粗糙翼型，其升力系数随着雷诺数的增加而增大，阻力系数随着雷诺数的增加先减小后增大，升阻比先增大后减小。建立翼型的三维模型，运用DES方法模拟风力机专用翼型气动特性在线性区有很高的计算精度，在失速发展区的预测精度达到工实际程与研究的要求，在深度失速区有一定的预测精度；前缘粗糙度对FFA-W3-241翼型的气动特性有重要影响，前缘粗糙度的增加使FFA-W3-241翼型的最大升力系数下降了27.8%，失速过程趋于缓和；翼型在线性区和深度失速区对前缘粗糙度不敏感，在失速发展区对粗糙度敏感。在一定的工况下，在翼型尾缘处以90°角安装一定高度的Gurney襟翼，能提高升力系数，同时阻力系数也增加，升阻比在线性区降低，在失速发展区提高。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK83
【图文】：

风力机专用翼型气动特性的数值计算和分析最大风能利用系数：31max,max3 31 116 127 2= 0.5931 1g g2 2PSVPCSV SV （,max0.593pC 称为贝茨极限，它表示在理想情况下，风轮最多能吸收 5动能。风轮效率的高低取决于风轮叶片的效率，翼型是组成叶片的基本元素计基本都是通过若干基础翼型的堆叠和扭转完成，因此翼型的气动特动特性的基础，提高翼型的气动性能能提高风轮的效率。 翼型的几何特性翼型是与翼展方向垂直的机翼横断面的轮廓曲线，它一般是瘦长形的前端点称为前缘点，最后端点称为后缘点。翼型前部较厚，后部较薄面前缘曲率较大，后缘曲率较小，下翼面的曲率分布规律与上翼面相

升力系数则成近似反对称出现。lCdC 线性区失速发展区深度失速区图 2.4 翼型的升力和阻力系数曲线图 2.5 和图 2.6 展示了几种 DU 翼型的升、阻系数以及俯仰力矩系数对攻系曲线。

图 2.6 DU 翼型俯仰力矩特性影响翼型空气动力特性的主要因素除了几何参数外，还包括气动参数，如数、来流湍流度等。雷诺数的影响雷诺数是用来表征流体运动中惯性作用与粘性作用相对大小的无量纲数，示。对于翼型绕流，雷诺数可以用式 2.11 计算：eV cR （2.1 为空气的运动粘度系数。风力机翼型通常工作的雷诺数范围是 0.7 106~10 106，这表明风力机翼都不运行在敏感的低雷诺数范围(一般低于 0.5 106)，在这个敏感范围内湍流度的变化、翼型自身的振动或翼型表面的粗糙度都会引起翼型性能的化[32]。雷诺数对翼型的升力特性和阻力特性有着重要的影响，随着雷诺，升力曲线线性段斜率增加，临界攻角增大，最大升力系数增加，最小阻

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本文编号：2749696