水平軸風(fēng)力機(jī)尾流場及其氣動(dòng)性能的研究.pdf

1、風(fēng)能作為一種無污染的、清潔的可再生能源，已得到各個(gè)國家的廣泛關(guān)注。隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，對風(fēng)能的大力開發(fā)已經(jīng)成為解決能源危機(jī)、環(huán)境問題和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。近年來隨著海上風(fēng)電的蓬勃發(fā)展，風(fēng)力機(jī)大型化已經(jīng)成為發(fā)展的主流。葉片長度的增加使風(fēng)力機(jī)的尾跡流場更加復(fù)雜、氣動(dòng)性能的預(yù)測難度加大。因此對大型風(fēng)力機(jī)的尾流場及其氣動(dòng)性能的研究，為進(jìn)一步了解風(fēng)力機(jī)組在運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)以及對新機(jī)組的設(shè)計(jì)研發(fā)有著重要意義。
　　本論文中主要針對某商用

2、的1.5MW標(biāo)準(zhǔn)等級的水平軸風(fēng)力機(jī)進(jìn)行研究。按照該水平軸風(fēng)力機(jī)的參數(shù)進(jìn)行三維建模和建立風(fēng)輪的計(jì)算模型，在三種不同風(fēng)速條件下對風(fēng)輪的尾流場和氣動(dòng)性能的影響進(jìn)行描述和比較，并在計(jì)算過程中對殘差值和扭矩值進(jìn)行監(jiān)測。為了能夠更好的描述風(fēng)輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)的氣動(dòng)特性，分別選取吸力面和壓力面上的壓力場及速度場進(jìn)行對比分析，并選取沿翼展方向三個(gè)不同截面周圍流場的壓力和速度做了分析。
　　以相似理論為基礎(chǔ)，將1.5MW水平軸風(fēng)力機(jī)的各個(gè)參數(shù)用風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)相

3、似準(zhǔn)則和相似函數(shù)關(guān)系式進(jìn)行縮比，建立相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算模型。保持雷諾數(shù)和葉尖速比不變，通過對葉片和尾跡流場中的壓力、速度等參數(shù)進(jìn)行分析，驗(yàn)證了氣動(dòng)相似準(zhǔn)則和相似函數(shù)關(guān)系式在實(shí)際應(yīng)用中的正確性。最后用Fluent軟件將計(jì)算得到的流場中不同斷面處的速度值與實(shí)驗(yàn)測量值進(jìn)行比較分析，對模型的正確性和實(shí)驗(yàn)的合理性進(jìn)行評析。
　　結(jié)果表明:當(dāng)葉輪處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，葉片上壓力面靠近前緣處具有高壓，而在吸力面上靠近前緣處存在低壓區(qū);隨著來流風(fēng)速的增大，

4、葉片上壓力面和吸力面在前緣處的壓力差越大;通過對比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)保持雷諾數(shù)和葉尖速不變時(shí)，在相同的來流風(fēng)速下兩個(gè)模型在葉片上的壓力和速度分布總體趨勢一致，差別不是很大;將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值比較后能夠得出在風(fēng)輪下游3D處實(shí)測值與模擬值之間的擬合度較好，隨著風(fēng)輪后軸向距離的增大實(shí)測值和模擬值之間總體發(fā)展趨勢一致，差異比較明顯（主要是指各斷面上風(fēng)輪輪掃面積內(nèi)）。希望通過本文對水平軸風(fēng)力機(jī)的數(shù)值研究能夠?yàn)轱L(fēng)力機(jī)尾流場和氣動(dòng)力學(xué)仿真的研究工作提供一定的基