数值模拟方法在水平轴风力机上的应用

发布时间：2020-04-18 17:18

【摘要】：随着社会的发展，能源的消耗量也在急剧增加，风能作为一种可再生的清洁能源，越来越受到大家的重视。风力机作为风力发电的主要设备，准确预测其在运行时的气动性能和结构性能具有非常重要工程意义。随着现代计算机技术和计算流体力学的迅速发展，CFD方法开始广泛应用于实际的流场模拟，推进了现代设计技术的发展。论文从风能利用方向出发，采用数值模拟的方法，以水平轴风力机为分析对象进行研究。 首先针对NREL水平轴风力机所使用的S809翼型，选择C型结构网格，保证近壁面网格y+1，对翼型壁面附近的流动直接进行模拟。通过与实验数据的对照，分析比较了S-A和SST两种湍流模型，结果表明SST湍流模型更为适合用于带有失速情况的流动模拟。在此基础上，使用SST湍流模型进行非定常计算，研究了直接截取法和对称加厚法这两种常用的翼型钝尾缘化方法对S809翼型气动性能的影响，根据模拟结果分析这两种方法是否能够提高S809翼型的气动性能，结果表明这两种钝尾缘化的方法都不同程度上提高了S809翼型在高攻角范围内的气动性能。 采用基于SST方程的DES方法对不同风速下的NRELPhase VI三维风轮进行了非定常计算，模拟得到了风轮的压力分布和叶片表面的极限流线分布，并且根据模拟结果对所观察到的三维旋转效应进行了分析。考虑到风力机运行时的安全问题，通过单向流固耦合的方法，对风轮整体的受力和变形情况进行了静力学分析，结果表明风轮可以长时间的安全运行。
【图文】：

源问题逐渐凸显出来。进入 21 世纪以后，能源问题已经成为了人类社会面临的首要问题，寻找化石能源的替代品已经成为了人类社会的当务之急。因此，清洁与可再生能源成为了人类的新宠。虽然就目前的技术水平而言，清洁与可再生能源取代化石能源还有很长的路要走，但是它在缓解能源压力方面已经开始发挥着重要的作用。风能是目前最具商业潜力和最具活力的可再生能源之一，其具有使用清洁，成本较低，取之不尽，用之不竭的优点。风力发电对环境的影响较小，发电过程不排放任何有害气体和废弃物，，大规模推广风力发电可以为节能减排做出积极贡献，并且风电场的建设周期较短，相应的发电与并网技术相对成熟，具备商业应用的先决条件。虽然风电场需要占用大片的土地资源，但是风能资源丰富的地方往往是荒漠或者海上等人口稀少的地方，在这里建设风力发电场并不会对当地居民的生产和生活造成多大影响，并且还可以将风电场作为当地的旅游资源来吸引游客。正因为如此，在全球能源危机和环境危机日益严重的背景下，风力发电越来越受到各国的重视，并且在最近几年迅速发展。

目前风力发电机的单机大型化趋势日趋明显，增大风力机的尺寸可以降低单的生产成本，提高风力机的风能利用效率，减少阵风等因素对风力机的影响，机更容易被控制。近年来海上风电场的大规模兴建，在一定程度上也促进和刺型风力机的发展。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK83

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本文编号：2632330