水平軸風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)性能的數(shù)值計(jì)算和分析.pdf

1、作為可再生能源,風(fēng)能越來越受到全世界的重視。本文以風(fēng)力機(jī)專用翼型S809和NREL PhaseⅥ風(fēng)力機(jī)葉片作為研究對(duì)象,采用數(shù)值計(jì)算的研究方法對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型和葉片的繞流流動(dòng)進(jìn)行研究和分析。本文采用有限體積法和SIMPLE算法,研究了計(jì)算區(qū)域大小和網(wǎng)格尺度大小對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型和風(fēng)力機(jī)葉片的繞流流動(dòng)數(shù)值計(jì)算精度的影響,得出合適的計(jì)算區(qū)域和網(wǎng)格尺度大小;在此基礎(chǔ)上分析不同湍流模型對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型和風(fēng)力機(jī)葉片的繞流進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的可行性,選取了適合風(fēng)力機(jī)翼

2、型和葉片的繞流流動(dòng)的湍流模型。采用非定常求解器分析了風(fēng)力機(jī)翼型的靜態(tài)失速和動(dòng)態(tài)失速的流動(dòng)特征;采用DES模型和滑移網(wǎng)格方法對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片的繞流進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,分析和討論了風(fēng)力機(jī)葉片表面的極限流線、葉片截面的壓力系數(shù)和沿葉片展向輸出轉(zhuǎn)矩的分布。主要研究內(nèi)容包括：
　　 ⑴翼型處于失速區(qū)時(shí),上行攻角增大的過程,翼型的升力系數(shù)大于靜態(tài)的升力系數(shù);在下行攻角減小的過程,翼型的升力系數(shù)小于靜態(tài)的升力系數(shù)。隨著初始角、折算頻率和攻角變化的振幅增

3、大,翼型的空氣動(dòng)力參數(shù)遲滯曲線包圍的面積增大,翼型的動(dòng)態(tài)失速效應(yīng)增強(qiáng)。
　　 ⑵風(fēng)力機(jī)葉片繞流流動(dòng)在低速來流風(fēng)速時(shí),采用κ-ε SST湍流模型和多重坐標(biāo)系的計(jì)算方法,葉片各個(gè)截面的壓力系數(shù)與實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)一致;高速來流風(fēng)速時(shí),采用DES和滑移網(wǎng)格模型的計(jì)算方法,葉片各個(gè)截面的壓力系數(shù)與實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)一致。
　　 ⑶風(fēng)力機(jī)葉片繞流流動(dòng)在低速米流風(fēng)速時(shí),沿來流速度的流動(dòng)方向,葉片不同截面的流體流動(dòng)未發(fā)生邊界層分離,沿葉片展向流體

4、未發(fā)生流動(dòng)。高速來流風(fēng)速時(shí),沿來流速度流動(dòng)方向,靠近葉根截面的流體流動(dòng)發(fā)生邊界層分離,同時(shí)流體沿葉片展向上也發(fā)生流動(dòng)。
　　 ⑷風(fēng)力機(jī)葉片沿展向單位長度輸出轉(zhuǎn)矩系數(shù)分布隨來流風(fēng)速變化而變化,低速來流風(fēng)速時(shí),單位長度輸出的轉(zhuǎn)矩系數(shù)從葉根到葉尖呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,在r/R=0.80附近達(dá)到極大值,風(fēng)力機(jī)葉片的輸出轉(zhuǎn)矩主要集中在r/R=0.60-0.80;高速來流風(fēng)速時(shí),單位長度輸出的轉(zhuǎn)矩系數(shù)呈現(xiàn)雙峰分布,r/R=0.60達(dá)到極小

5、值,其后又開始上升,在r/R=0.80附近達(dá)到極大值。
　　 ⑸隨來流風(fēng)速增大流體出現(xiàn)流動(dòng)分離,流體在葉片展向存在流動(dòng);科氏力和離心力共同作用使流體流動(dòng)的邊界層分離發(fā)生延遲;相同雷諾數(shù)和攻角情況,靠近葉根截面的翼型升力系數(shù)大于二維靜止?fàn)顟B(tài)的升力系數(shù)1倍。風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能的準(zhǔn)確計(jì)算和流動(dòng)分析,是風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),本文對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型和葉片繞流流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算方法的研究以及對(duì)數(shù)值計(jì)算的流場數(shù)據(jù)進(jìn)行氣動(dòng)性能和流動(dòng)特征的分析,均可以