湍流对风力机翼型气动特性的影响

发布时间：2020-11-02 02:19

　　 风力机实际运行时多处于湍流之中,湍流的存在将对风力机气动性能产生显著影响。风力机叶片是由无数翼型截面组合而成的,因此对湍流中风力机翼型气动特性的研究具有十分重要的意义。本文采用Fluent计算软件,选择大涡模拟(LES)计算方法对同济大学6×5×05型格栅流场进行数值计算,将计算结果与试验数据进行对比,验证计算方法可行性。结果表明,格栅湍流场的湍流强度分布情况吻合较好,该计算方法适用于对格栅湍流场的预测。基于该方法对扬州大学4×8×03型格栅流场进行预测,计算结果表明,在距离格栅1～2 m位置处可以获得大约8%～10%的湍流强度,符合湍流工况翼型试验要求。在风洞中采用热线风速仪对五种不同形式的格栅流场进行试验研究。结果表明,风速对格栅流场湍流强度和积分尺度的影响很小,流场中湍流强度是随距离的增大而变小,湍流积分尺度变化趋势与之相反;当格栅栅条间距变化时湍流强度变化较小,栅条宽度变宽时会使湍流强度和积分尺度显著增加,加装横向栅条会使湍流强度增大积分尺度减小。从湍流功率谱密度角度对典型格栅流场进行分析发现,风洞实测功率谱与Karman谱吻合较好,湍流功率谱密度随着格栅距离的增加而变小,随着湍流强度和来流风速的增大而变大,不同方向脉动风功率谱特性变化规律相同。在风洞中对DTU-LN221翼型进行不同湍流工况的气动特性试验研究。研究结果表明,湍流强度小于0.5%时,雷诺数从5.0×10~5变化到1.4×10~6,升力系数变化很小,阻力系数逐渐减小,导致最大升阻比随着雷诺数增大而增大;在湍流强度大于9%时,雷诺数对翼型气动性能影响很小。对比不同湍流工况翼型气动特性发现,在湍流强度大于9%时翼型的失速攻角从12.4°推迟至17.4°,升力系数有明显提升,在湍流强度为19%时最大升力系数高达1.953;阻力系数也随着湍流强度的增大而增大,力矩系数与之相反,升阻比在主要攻角区随着湍流强度的增大而显著下降。通过对湍流强度相近,湍流积分尺度相差较大的工况比较发现,来流湍流的积分尺度越大,最大升力系数越大,阻力系数也变大,而升阻比变小。翼型升力系数的脉动随攻角的增大而增大,在失速区最为明显。综合而言,翼型气动性能会在高湍流强度大积分尺度来流工况显著降低。从翼型表面压力系数分布来看,湍流对翼型气动特性的影响主要归因于湍流改变了翼型表面的流动状态,推迟了流动分离的发生。
【学位单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM315;O357.5
【部分图文】：

数据来源：ＣＷＥＡ??图１．１?２００８年至２０１７年中国新增和累计风电装机容量（数据来源：ＣＷＥＡ）⑴??我国风电产业起步较晚，但发展迅猛，尤其是本世纪以来，我国的风力发电机组装机??量增长迅速，并于２０１０年开始总装机容量超越美国，成为全球风力发电机组装机容量第??

时间（Ｓ）??图２．１典型湍流脉动风速变化??湍流指的是短时间内的风速变化，如图２．１为典型湍流脉动风速变化。湍流的产生主??要有两个原因：一个是由于地表地貌不同导致的气流流动与地表之间的“摩擦”；另一个是??由于空气密度不同和温度变化的热效应造成空气团垂直方向上的运动。通常这两种作用是??相互关联的。??湍流运动是一个复杂多变的过程，且不能用简单明确的数学方程来描述它，目前主要??研究湍流的统计特性。对于湍流结构的统计描述有很多，本文主要介绍常用的湍流强度、??湍流积分尺度以及湍流功率谱密度函数。??２．１．１湍流强度??湍流强度是用来衡量湍流脉动程度的，反映脉动风速的相对强度。湍流强度是由地表??的粗糙度和高度决定的，且受到地貌特征的影响。??

图２．４湍流强度对翼型气动特性的影响??
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李家春;;释疑“湍流”[J];知识就是力量;2017年03期

2 魏中磊;钮珍南;诸乾康;俞达成;;低湍流风洞[J];实验力学;1987年01期

3 张兆顺,程展,游洪涛;湍流风波增长率的测量与理论研究[J];水动力学研究与进展;1988年01期

4 魏中磊,诸乾康,钮珍南,俞达诚;网格湍流微结构的实验研究[J];力学学报;1988年03期

5 刘宏建,张世英;单丝测量三维流场的平均速度和湍流度[J];气动实验与测量控制;1988年03期

6 颜大椿;;湍流实验研究中的某些进展[J];中国科学基金;1989年04期

7 何克敏,白存儒,郭渠渝,屠兴;较低湍流度范围湍流度对风洞实验结果的影响[J];流体力学实验与测量;1997年03期

8 侯志勇;王连泽;周建和;何克敏;;低(变)湍流度风洞设计再探讨[J];实验流体力学;2011年01期

9 张健;付海明;刘晓燕;李岩;;湍流度对人体周围流场及舒适性的影响研究[J];建筑节能;2012年11期

10 郑国锋;湍流度对边界层转捩测量的影响[J];航空学报;1992年02期

相关博士学位论文 前3条

1 田海平;壁湍流相干结构及超疏水壁面减阻机理的PIV实验研究[D];天津大学;2017年

2 邱翔;分层流动中湍流结构和湍流逆梯度输运特性研究[D];上海大学;2006年

3 邹垚;基于风洞试验的高层建筑风荷载雷诺数效应分析[D];武汉大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 王斌;基于CAARC风洞测压试验的风场湍流积分尺度影响研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

2 袁一平;湍流对风力机翼型气动特性的影响[D];扬州大学;2018年

3 董洪岩;广州“伊布都”台风实测结果分析[D];西安理工大学;2005年

4 洪海波;高湍流度风场下群体高层建筑风荷载特性的研究[D];汕头大学;2006年

5 刘安安;高层建筑施工期强风特性实测研究[D];湖北工业大学;2013年

6 张健;动态风对人体热舒适性及可吸入颗粒物分布的影响分析[D];东华大学;2013年

7 孙士珺;来流附面层特性对吸附式压气机叶栅影响的数值研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

8 林巍;覆冰输电导线气动力特性风洞试验及数值模拟研究[D];浙江大学;2012年

9 蒋蔚;双层壁微小尺度夹层冲击换热特性研究[D];沈阳航空航天大学;2017年

10 彭望;低矮建筑易损区风载特性风洞试验研究[D];湖南科技大学;2016年

本文编号：2866430