風力機偏航三維氣動性能面元法預測.pdf

1、面對日益突出的能源緊缺和環(huán)境污染問題，世界各國開始關(guān)注清潔可再生能源的發(fā)展。風能作為清潔能源的一種，以良好的前景和開發(fā)潛力成為大部分國家的首選。我國風能資源豐富，大力發(fā)展風能符合我國可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略的要求。風能利用技術(shù)隨即受到重視。近年來，空氣動力學理論越來越廣泛且深入的用于風力機氣動設(shè)計，以提高風力機的氣動性能。
　　考慮到在實際風場中，來流風速方向不斷變化，導致水平軸風力機在大多數(shù)情況下工作于偏航工況。偏航工況運行使得風力機氣

2、動性能更加復雜，對風力機偏航工況下氣動特性的研究具有迫切和重要的意義。本文以面元法理論為基礎(chǔ)，MEXICO風輪模型和實驗數(shù)據(jù)為支撐，采用Fortran語言編寫計算程序，以較少的計算機資源實現(xiàn)快速預測MEXICO風輪偏航工況下氣動特性，并與實驗值對比分析，進一步提高預測精度。
　　面元法結(jié)合預定尾跡法能更快速地預測風力機氣動性能。結(jié)合理論與實驗等經(jīng)驗，本文提出一種風力機尾跡模型，并驗證了尾跡的準確性。同時，對比分析了等壓庫塔條件和M

3、orino庫塔條件的應用結(jié)果，并最終選擇了更適合本文模型的Morino庫塔條件。
　　本文計算了不同來流風速10m/s、15m/s、18.1m/s、24m/s時，在偏航角分別為15°、30°、45°下MEXICO風輪的氣動性能，對比了35％、60％、82％、92％剖面壓力系數(shù)的計算值與實驗值。對比同一偏航角不同來流風速情況，結(jié)果表明面元法預測結(jié)果與實驗值吻合度較高。35％截面處誤差最大，因為葉根處流動攻角較大，葉片尾緣處流動分離情

4、況較嚴重，而面元法不能很好的預測流動分離情況。從葉根至葉尖，計算值與實驗值誤差逐漸減小。將面元法計算結(jié)果與傳統(tǒng)CFD方法進行了對比，結(jié)果表明，在低風速時面元法計算的壓力系數(shù)在部分截面具有更高的吻合度。三種方法得到的軸向載荷隨方位角的變化具有一致變化趨勢，切向載荷除個別截面外，變化趨勢也基本保持一致。
　　對比風速為15m/s，偏航角為15°、30°、45°時葉片各斷面的壓力系數(shù)分布情況。結(jié)果表明，各截面壓力系數(shù)分布情況基本與偏航1