風(fēng)力機(jī)翼型繞流場數(shù)值模擬及氣動性能參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)是近年來受到廣泛關(guān)注的新能源設(shè)備，其重要組成部分風(fēng)力機(jī)及其翼型，直接影響著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的性能，研究開發(fā)具有高升力系數(shù)、高升阻比和良好失速性能的翼型，一直以來是風(fēng)力機(jī)領(lǐng)域研究的熱門課題。 本文采用有限體積法以及基于壓力修正的SIMPLE方法和k-ω為基礎(chǔ)的SST湍流模型，在大范圍攻角下對三種典型風(fēng)力機(jī)翼型一傳統(tǒng)翼型NACA0015、專用翼型FFA-W3-211和FFA-W3-360的繞流場進(jìn)行了數(shù)值模擬和氣動性能分析，并針

2、對FFA-W3-211翼型最大升力系數(shù)和臨界失速攻角下的升阻比不夠高的問題進(jìn)行了氣動性能優(yōu)化。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： 研究了風(fēng)力機(jī)翼型的國內(nèi)外現(xiàn)狀和流場數(shù)值模擬關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀，闡述了翼型的現(xiàn)代設(shè)計方法。 對翼型繞流場計算網(wǎng)格劃分、湍流模型的選擇和數(shù)值求解方法等CFD問題進(jìn)行了系統(tǒng)研究。采用C型分區(qū)和貼體坐標(biāo)變換法生成了質(zhì)量較好的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，建立了對翼型繞流場流動分離預(yù)報更準(zhǔn)確的SSTk-ω湍流模型，求解方法采用了適合低速

3、問題SIMPLE方法，其中擴(kuò)散項采用了二階中心差分格式，對流項采用了QUICK格式，有效控制了數(shù)值耗散。 基于以上工作，本文采用著名商用CFD軟件FLUENT對傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī)翼型NACA0015和專用翼型FFA-W3-211和FFA-W3-360等三種典型風(fēng)力機(jī)翼型的繞流場進(jìn)行了數(shù)值模擬和氣動性能分析。通過分析發(fā)現(xiàn)了翼型FFA-W3-211在臨界失速攻角下升力系數(shù)和升阻比不夠高的問題。本文著重對翼型繞流場進(jìn)行了全面和深入的分析和研究

4、，研究發(fā)現(xiàn)單分離渦和雙分離渦對翼型升力系數(shù)和升阻比變化的影響存在差異，從而提出了基于控制分離渦數(shù)量的改善翼型氣動性能的途徑；同時對翼型幾何參數(shù)對氣動性能的影響進(jìn)行了分析。 針對專用翼型FFA-W3-211在臨界失速攻角下升力系數(shù)和升阻比不夠高的問題，以提高FFA-W3-211翼型臨界失速攻角下的升力系數(shù)和升阻比為優(yōu)化目標(biāo)，對建立的多目標(biāo)優(yōu)化模型采用統(tǒng)一目標(biāo)函數(shù)法進(jìn)行處理，利用復(fù)合形法搜索最優(yōu)翼型，達(dá)到了預(yù)定設(shè)計目標(biāo)，結(jié)果表明在現(xiàn)