翼型及粗糙度对风力机叶片气动性能影响的初探

发布时间：2017-10-17 20:19

  本文关键词：翼型及粗糙度对风力机叶片气动性能影响的初探

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【摘要】：叶片是决定风力机效率的关键部件。在我国西北地区,风力机常处于风沙环境,风蚀会使叶片性能发生改变。因此,分析粗糙度对叶片气动性能影响规律具有重要意义。本文针对翼型粗糙度情况,以不同叶片为研究对象,开展了风力机叶片气动性能的研究。本文设计了功率为300W的5种风力机叶片。选定对粗糙度不敏感、适合设计工况的的5种翼型,运用Profili软件与插值法,得出翼型升力系数、阻力系数的完整数据。采用优化迭代程序,对叶片弦长、扭角反复修正计算,并在不同转速、不同风速下对风轮的功率、转矩、推力进行研究。依据弦长为1m的翼型模型,自定义符合理论及计算的简化粗糙带,运用FLUENT流体软件分析,确定了粗糙度量化方式、尾缘粗糙度敏感位置。在尾缘光滑和粗糙条件下,分别计算了5种不同叶片翼型气动参数随攻角的分布情况,并获取不同粗糙度对翼型气动特性的影响规律及速度场云图。通过对叶片气动性能的计算,分析发现:随着转速的增大,5种风轮的功率与转矩均呈现先增大后减小的规律,其最大推力都分布在转速600 r/min—800r/min范围内;同时,风轮功率随计算风速的增大而增大,自风速达到13m/s,功率出现下降趋势,5种风轮对应的湍流层推力为72.38N。由粗糙度的研究得到:以粗糙带表征粗糙度,可有效的量化相对粗糙度公式及积灰理论。叶片翼型升力系数对距离尾缘10%处的粗糙度较敏感。另外发现,尾缘粗糙度使翼型升力系数提升的理论不具有普遍性。粗糙度会造成翼型阻力系数增大、升阻比降低,FFA-W2-211、NACA4415、S822、DU-W2-250、SD2030叶片翼型的升阻比分别下降了13%、17%、11%、12%、15%,对应在粗糙度为0.008、0.004、0.008、0.008、0.01时气动参数变化明显。尾缘粗糙度使翼型的流动分离现象提前。综合分析,以S822为初始翼型的风力机叶片最适合设计工况及低雷诺数下的风沙环境。
【关键词】：风力机 叶片 专用翼型 气动性能 尾缘粗糙度
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章.绪论8-14
• 1.1 课题研究的背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 风力机翼型研究现状9-10
• 1.2.2 叶片优化性能研究现状10-11
• 1.2.3 叶片翼型粗糙度研究现状11-12
• 1.3 课题主要工作12-14
• 第二章.基本理论14-30
• 2.1 翼型基础知识14-20
• 2.1.1 翼型结构14-15
• 2.1.2 翼型种类15-18
• 2.1.3 翼型气动特性影响因素18-20
• 2.2 叶片的基本理论20-24
• 2.2.1 贝兹理论20-21
• 2.2.2 叶素理论21-23
• 2.2.3 动量理论23-24
• 2.3 风力机叶片设计方法24-27
• 2.3.1 风力机概念24-25
• 2.3.2 风力机叶片设计方法25-27
• 2.4 相关计算软件27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章.风力机叶片设计及其气动性能计算30-48
• 3.1 翼型选取30-31
• 3.2 翼型气动参数计算31-34
• 3.3 风力机叶片设计34-39
• 3.3.1 几何参数的确定34-35
• 3.3.2 风力机叶片设计思路35-37
• 3.3.3 弦长和扭角的修正37-38
• 3.3.4 叶片坐标转换38-39
• 3.4 风力机叶片性能计算39-41
• 3.4.1 性能计算思路39-40
• 3.4.2 性能计算程序40-41
• 3.5 性能计算结果分析41-46
• 3.5.1 风轮功率、转矩、推力随转速的变化情况42-44
• 3.5.2 风轮功率、转矩、推力随风速的变化情况44-46
• 3.6 本章小结46-48
• 第四章.基于粗糙度叶片翼型气动特性数值分析48-61
• 4.1 数值计算的总体思路48
• 4.2 模型建立48-49
• 4.3 简化粗糙度模拟假设49-51
• 4.4 数值计算过程51-52
• 4.5 计算结果分析52-59
• 4.5.1 翼型的升力系数的变化52-54
• 4.5.2 翼型的阻力系数的变化54-55
• 4.5.3 翼型升阻比的变化55-56
• 4.5.4 不同粗糙度对翼型气动特性的影响56-58
• 4.5.5 翼型云图58-59
• 4.6 本章小结59-61
• 第五章.结论与展望61-63
• 5.1 结论61-62
• 5.2 研究展望62-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 在读期间发表学术论文与取得的其他研究成果68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 朱自强,付鸿雁,吁日新,刘杰;翼型和机翼的多目标优化设计研究[J];中国科学E辑:技术科学;2003年11期

2 铁庚;祁文军;;水平轴风力机叶片翼型的气动特性数值模拟[J];流体机械;2013年03期

3 王金铭;卢YmtD;何新;夏加宽;;大型风力发电机风能利用系数参数拟合的研究[J];太阳能学报;2012年02期

4 沈昕;俞国华;竺晓程;杜朝辉;;瞬变工况风力机气动性能预测[J];上海交通大学学报;2013年03期

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本文编号：1050840