小型水平轴风力机风轮数值模拟及实验研究

发布时间：2020-11-04 12:42

　　 近年来,风电作为重要的清洁能源,在世界得到了广泛的关注和发展；针对风力机整机技术方面所进行的研究,也越来越受到重视。风力机风轮气动性能分析、预测及叶片设计方面的研究也成为当今国内外学者研究的热点。本文采用数值计算方法、逆向工程技术及实验等手段对风力机在不同工况下叶片的气动性能、风力机的风功率特性进行了研究。论文的主要研究内容如下： 首先,基于逆向工程技术对风力机叶片进行实体三维建模。应用三维数字化激光扫描测量技术,采集叶片实体表面点云；在对数据点云进行预处理后,采用NURBS曲面拟合方法实现叶片实体模型的重构,并加工出实验用风力机叶片,进而为风力机风轮气动性能及风洞试验方面的研究提供必要的几何模型。 其次,对加工制造出的风力机模型,进行了风洞实验,测得风力机随时间变化的增速曲线、减速曲线及功率曲线等数据,进而计算出风功率、风功率系数特性曲线,并对其进行分析。同时还对真机进行了自然风场下的实验测试。 最后,对两种风力机机型的气动性能进行数值模拟。确定数值计算方案,对计算域、风轮几何模型进行了网格划分,应用有限体积法和基于压力修正的方法,采用k-ωSST湍流模型进行了整机三维定常湍流计算,获取了风力机叶片表面的压力、速度、流线等流动特征。计算出多种不同来流风速工况下风力机的轴功率曲线,并通过与风洞实验数据进行比较得出数值计算值与试验值有较好的一致性的结果。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TK83
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 前言
    1.2 国内外风力发电产业的发展现状
        1.2.1 世界风电产业发展趋势
        1.2.2 国内风电产业发展现状
    1.3 风力机数值模拟及实验研究现状
    1.4 本文研究的目的及内容
2 风力机数值计算方法及理论
    2.1 引言
    2.2 风力机空气动力学基本理论
        2.2.1 桨叶几何参数和空气动力特性
        2.2.2 自由流场中的风轮
    2.3 尾流的相关理论
        2.3.1 风轮尾流旋转时的动量理论
        2.3.2 叶素理论
        2.3.3 动量-叶素（BEM）定理
        2.3.4 涡流理论
    2.4 计算流体动力学基本理论
        2.4.1 流动控制数学模型
        2.4.2 三维湍流数值模拟方法
        2.4.3 流动控制方程求解的计算方法
    2.5 本章小结
3 风力机叶片几何建模及实体成型
    3.1 叶片翼型数据获取方法
    3.2 叶片型面测量
        3.2.1 数据测量原理
        3.2.2 数据测量方法
        3.2.3 点云测量数据预处理
        3.2.4 多视点云拼接
        3.2.5 影响测量精度的因素
    3.3 实体几何模型的建立
        3.3.1 拟合网格样条曲线
        3.3.2 叶片翼型截面线及叶片实体模型拟合
        3.3.3 风力机模型叶片加工
    3.4 本章小结
4 风力机实验过程
    4.1 引言
    4.2 风力机真机实验台的建立
    4.3 风力机风轮模型风洞实验
        4.3.1 风力机风轮模型风洞实验目的
        4.3.2 风力机风洞实验原理及理论基础
        4.3.3 风力机模型风洞实验过程
    4.4 本章小结
5 风力机风轮三维湍流数值分析
    5.1 引言
    5.2 数值计算域的构造
    5.3 数值计算求解过程
        5.3.1 数值计算区域的网格划分
        5.3.2 边界条件设置
        5.3.3 数值计算工况点及方法
    5.4 风力机风轮定常计算结果
        5.4.1 风轮旋转域内部气流流态分析
        5.4.2 不同翼型叶片截面绕流流动分析
        5.4.3 变桨距角下的流动特性分析
        5.4.4 风力机特性曲线计算结果分析
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献

【参考文献】

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本文编号：2870114