涡流发生器参数对风力机叶片气动特性影响的数值模拟研究

发布时间：2020-04-16 02:49

【摘要】：近年来,风力发电机越来越受到全世界的关注并快速发展起来,但由于叶片在大攻角范围内存在失速特性,风力机叶片的发电功率并不是特别理想。在整个风电机组中,叶片是最核心的关键零部件,叶片的气动性能是至关重要的,是决定风力机发电功率的根本因素。当叶片达到失速攻角过后,叶片表面非常容易发生边界层流动分离现象,这会引起叶片的气动性能迅速降低。安装涡流发生器能够有效地抑制叶片表面的流动分离,从而明显地改善了风力机的发电功率。因此,在大攻角范围条件下,风力机叶片上的涡流发生器的设计就显得尤其重要。本文研究涡流发生器的课题主要是根据国家高技术研究发展计划(863计划)“先进风力机翼型族设计技术研究(项目编号:2012AA051301)”和国家自然科学基金项目“基于参数化的风力发电机叶片气动性能与结构一体化设计理论(项目编号:51175526)”的研究内容的要求进行研究,本文提出“涡流发生器参数对风力机叶片气动特性影响的数值模拟研究”的课题,对带涡流发生器的风力机专用翼型段的气动性能进行计算,并与干净翼型段和某公司安装有涡流发生器的翼型段的气动性能试验数据进行对比分析。基于DU91-W2-250翼型,运用CFD数值模拟的方法对涡流发生器(VG)的位置参数和形状参数对翼型段气动特性的影响进行数值模拟研究。通过对比安装涡流发生器翼型段、干净翼型段、和某企业翼型段DU25VGA的实验数据,重点分析涡流发生器的位置以及形状参数对翼型表面流动分离控制和翼型段气动性能的影响。最后根据以上数值模拟研究,总结出VG翼型段设计方法。主要的工作内容和思路如下:(1)采用ANSYS ICEM-CFD对流场以及翼型段进行网格划分,然后采用ANSYS FLUENT软件对VG翼型段的气动性能进行计算。通过与试验结果进行对比分析,确定出VG翼型段的网格划分方法和气动性能的计算方法。(2)以DU91-W2-250翼型为基础,采用ANSYS FLUENT进行了涡流发生器叶片三维翼型段气动特性的数值模拟。重点分析了涡流发生器的形状参数对翼型表面流动分离控制的影响和典型形状时的旋涡特性。结果表明:在雷诺数为3.0?106的条件下,涡流发生器楔形角为25°时气动性能最佳;高度7mm时气动性能最佳;上缘长度为7mm时流动分离抑制效果最好。(3)以同样的分析方法,通过对比安装涡流发生器翼型段、干净翼型段、和某企业翼型段DU25VGA的实验数据,重点分析了涡流发生器的位置参数对翼型段气动性能的影响和典型位置时的旋涡特性。结果表明:在雷诺数为3.0?106的条件下涡流发生器安装角为18°时气动性能最佳;涡流发生器的水平间距为9mm时气动性能最佳;涡流发生器在弦向位置的20%处时流动分离抑制效果最好。(4)基于以上的分析结果设计半径为3m的叶片,对比分析在光滑叶片相对厚度25%处加了一对涡流发生器的整机性能。
【图文】：

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重庆大学硕士学位论文台，装机总量也激增到 114609MW，同比增长率为 25%。2004-2014 年中新增风电装机容量如图 1.3 所示。新增加的装机数量除了在东北地区相比略有下降之外，其余区域的风电新增装机容量都呈现出良好的上身势头东北地区只有黑龙江省有一定的增长，其余两省均出现下滑趋势，，吉林降率为 28.76%，辽宁省同比下降率更是达到了 44%。与此相反的是在西机新增量最大，同比增长 72.26%。西北地区新增装机容量同比 67.84%，和华北地区分别同期增长了41.26%和45.44%。根据相关部门统计，内蒙古宁夏、山西和新疆五省在 2014 年是全国新增装机量的前五名。

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图 1.2 中国风电装机容量发展状况Fig.1.2 Development of installed wind capacity in china据来源：CWEA0100020003000400050006000700080009000100002002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016单位：MW西北华北华东西南中南东北
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK83

【参考文献】