风力机叶片表面粗糙度对其气动性能的影响研究

发布时间：2020-04-13 17:58

【摘要】：风力机长期在自然环境中运行,叶片表面受到各种环境因素的影响,引起粗糙度的变化,导致叶片性能下降和风力机效率降低。本文针对表面粗糙度对叶片气动性能的影响,结合数值模拟和风洞实验开展了研究工作。本文选取了同系列的三种翼型NACA4412,NACA4415,NACA4418,参照实际运行中的叶片表面粗糙度情况,设计了 5种粗糙模型,包括均布粗糙度,矩形凸台,双矩形凸台,圆弧形凸台,凹陷模型,在ICEM中完成建模及网格划分。采用Fluent软件分析了各个粗糙模型的流场仿真模型,探讨粗糙度的安装位置,分布形式和尺寸大小对气动性能的影响规律,另外,分析了雷诺数对粗糙度敏感性的影响。选定在1Om/s风速,-6°～13°攻角,得到各个模型的升力系数,阻力系数和升阻比,分析发现:粗糙高度在O-1mm时导致性能下降剧烈,高度大于1mm时影响减弱,凸台在前缘时导致性能下降最大,离前缘越远影响越小,双凸台随间距的增大作用减小,圆弧凸台在最大厚度靠近前缘时作用较大,凹陷在前缘吸力面时影响最大,深度的增加影响较小。在各个粗糙模型下,攻角增加会加大粗糙度的影响,而雷诺数的增大会降低粗糙度敏感性。制作了 NACA4415叶片模型进行风洞实验,参照数值模拟中的粗糙模型,进行了矩形凸台,双矩形凸台和圆弧形凸台模型的实验,与数值计算的结果对比,整体趋势相同,误差较小,实验测得的升力系数稍小,而阻力系数稍大,实验验证了数值模拟粗糙度具有一定的可靠性。相较于传统的粗糙模型,5种模型很好的反映了粗糙度对气动性能的影响规律。本文的工作结合了数值模拟与实验,粗糙度的模拟应用了多种模型,得到各个条件下定性的结果,为风力机叶片的粗糙度影响研究提供了有效方法,为叶片的设计和运行维护提供了一定的参考价值。
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图１．１邋２００６至２０１６年中国风电装机容景逡逑分布广泛，储量巨大，包括从大陆到沿海，近海到远洋的广袤天地。的风能储量高达２．５３亿千瓦。从２００６年开始，我国风电装机容量一见国家对风能产业的高度重视和巨大投入。逡逑

逦５２５７３逦１００逡逑图１．２邋２０１７年全球新增装机容量逡逑从１９世纪末诞生了风力发电技术的萌芽，１８９１年，丹麦人发明了世界上第一台可逡逑以发电的风力机，但风力机的利用和发展并没有引起重视，直到１９７３年石油危机的爆逡逑发，刺激了欧洲等国和美国积极寻找石油，煤炭等化石能源的替代物，得到了高度重视逡逑与巨大的研发投入，风力机的发展迎来了春天，美国和欧洲的各所大学开始研发风电技逡逑术，投入市场的风电场的规模也不断扩大。目前，，风力发电产业蓬勃发展，大型的风力逡逑机叶轮直径达到１００ｍ以上，单机容量达到兆瓦级。与火电，水电，核电不同，风力发逡逑电场由多台风力机组成，每一台风力机都可以实现风能向电能的转化，叶片是风力机捕逡逑捉风能的基础
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK83

【参考文献】

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本文编号：2626264