风力机翼型表面粗糙度对翼型气动性能的影响

发布时间：2020-05-08 02:49

【摘要】：随着科学技术的发展,能源需求日益增大,同时,环境保护问题也迫在眉睫,风能作为一种清洁的可再生环保能源以其独特的优越性越来越受到社会的重视。风力发电是利用风能的主要形式,叶片是风力机中最关键的部件之一,达到整机价值20%左右,而翼型表面粗糙度是影响翼型气动特性的主要因素之一。本文首先在分析国内外风电研究现状、风力机翼型研究现状的基础上,对风力机翼型空气动力学的基本理论做了详细介绍,包括翼型的几何特性,传统风力机翼型系列和风力机专用翼型系列等,并对各种系列翼型的空气动力特性进行了描述。其次,通过FLUENT软件对DU93-W-210翼型进行数值计算,验证了选用SST k -ω两方程作为CFD数值计算的湍流模型,可有效地进行风力机专用翼型的气动性能研究。最后,研究了翼型表面粗糙度对翼型气动性能的影响,并列出了主要规律: (1)对相同厚度的翼型,前缘吸力面厚度越小,气动性能对粗糙度的敏感性越低;薄翼型对粗糙度的敏感性低,厚翼型对粗糙度的敏感性高。 (2)当翼型表面粗糙凸台高度大于0.32mm时,该翼型的气动性能就会受到影响:升力系数随着粗糙凸台高度的增加而减小,阻力系数随着粗糙凸台高度的增加而增大。此时,气动性能明显下降,而且粗糙凸台越大,翼型的气动性能降幅越明显。 (3)翼型前缘的粗糙度对气动性能影响最大,可直接导致其气动性能下降。翼型后缘的粗糙度对翼型的气动性能影响较小。值得注意的是,在翼型尾缘处的粗糙度还可以提升翼型的气动性能。
【图文】：

示意图,气体流动,叶轮,示意图

32N = ρSV（2—1）式中：N 为风能，单位为 W；ρ 为空气密度，单位为3kg m;S 为截面积，单位为2m ；V 为风速，单位为 m s。上式是常用的风功率公式，而在风工程上，则习惯称之为风能公式。由风能公式可以看出，风能的大小与空气密度、气流通过的面积和风速的立方成正比。其中ρ 和V 随地理位置、海拔、地形等因素而变[41]。2.1.2 贝兹理论[42]Betz 理论假定叶轮是理想的，即它没有轮毂，具有无限多的叶片，气流通过叶轮时没有阻力，可以说，，这样的叶轮是一个纯粹的能量转换器；此外，假定气流经过整个叶轮扫掠面时是均匀的，并且气流通过叶轮前后的速度为轴向方向，如图 2—1 所示。

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- 9 -图 2—2 叶片设计流程图2.2.2 风力机叶片制造工艺大型风力机叶片大多采用组装方式制造。在两个阴模上分别成型叶片蒙皮，主梁及其他 GRP 部件分别在专用模具上成型，然后在主模具上把两个蒙皮、主梁及其它部件胶接组装在一起，合模加压固化后制成整体叶片。胶粘剂是叶片的重要结构材料。它应具有较高的强度和韧性以及良好的操作工艺性，如不坍落、易泵输以及室温固化特性等。早期国外的叶片成型工艺为手糊工艺，目前已开发出多种较先进的工艺，如预浸料工艺、机械浸渍工艺及真空辅助灌注工艺。真空辅助灌注成型工艺是最近几年发展起来的一种改进的 RTM 工艺。真空辅助灌注技术是应用?
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK83

【引证文献】