风力机翼型DU97-W-300流动控制实验研究

发布时间：2020-11-04 23:24

　　 随着风力机大型化,风力机叶片周围的流动状况更为复杂,研究叶片的流动控制对提高风力机的发电效率,降低风力机的运行疲劳载荷意义重大。叶片的气动性能主要受到翼型的气动性能的影响,通过在翼型表面加入附加件,能有效控制翼型周围的绕流状况,改善翼型的气动性能。为此,采用风洞实验方法对风力机专用翼型DU97-W-300进行了涡流发生器、转捩带、格尼襟翼的流动控制研究,分析了不同控制条件下的翼型升阻力系数、压力系数分布,获得了不同附加件的流动控制效果。研究内容如下:(1)翼型上翼面黏贴涡流发生器(VGs)对气动性能的影响。研究了 VGs的安装位置、几何形状、高度、节距、间距、角度等参数对翼型表面流动的影响。在提高升力方面,VGs的安装位置20%弦长效果最佳,在推迟流动分离方面30%弦长效果最佳,三角形形状效果更好,节距对翼型气动性能影响不大,间距在不同雷诺数下作用效果不一,间距较小时效果更好,5倍和7倍间距的作用效果较好,角度15°效果相对较好。除此之外,VGs双排并列布置于翼型上翼面时效果不好,不如单排布置的VGs,其中前排起主导作用。(2)翼型表面黏贴转捩带对气动性能的影响。首先,将转捩带分别黏贴在上下翼面的不同位置,研究转捩带位置对升力系数的影响。研究表明在下翼面距离前缘位置越近效果越明显,越远越不明显,位置到达下翼面2%弦长时作用效果就不明显了,上翼面5%弦长位置黏贴转捩带效果最好,下翼面黏贴转捩带会引起负攻角下翼型表面的流动分离。其次,比较了转捩带宽度和厚度的影响,宽度影响不大,厚度增高对最大升力系数影响更明显,且高厚度会在小攻角下出现阻力急剧增大的点,通过与绊线的对比发现,阻力急剧增大是宽度和厚度共同作用的结果。最后,将转捩带与VGs组合,研究其作用效果。结果表明,转捩带和VGs结合使用既能降低升力又能延迟失速攻角。(3)翼型尾缘黏贴格尼襟翼(Gurney flap)对气动性能的影响。首先,通过在翼型尾缘黏贴五种不同高度的Gurney flap,研究高度对流动控制的影响,高度越高增升效果越好。其次,将Gurney flap与VGs结合实验,两者结合既能增大升力也能推迟失速攻角,但是升阻比会低于单独安装VGs的翼型。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK83
【部分图文】：

１．２．１研究背景??近年来，各国都致力于新能源的开发与利用＋６］，以满足世界各国对Ｎ益增长的??能源需求。全球风能贮量巨大，风电产业迅速发展，图１－１给出了２００６－２０１７年中国??的新增装机容Ｍ和累计装机容量分布，累计装机容积容量持续增长，由此可见风能??楚我国的主要能源之…。??在风力发电机组中，翼型是风力机叶片的重要元素，其气动性能与风电机组的??发电效率及运行载荷密切相关。所以，研究风力机翼型的流动分离以及控制流动分??离的方法意义朮大。大型风电机组由轮穀、叶片、机舱、控制系统及其他设备组成，??其中叶片是风力机的一个重要部件，而翼型又是叶片的重要元素，所以通过对翼型??的研究能反应叶片的特征。??１??

２．１基本概念??２．１．１翼型参数??实验使用的是风力机专用翼型ＤＵ９７－Ｗ－３００，为钝尾缘翼型，几何参数如图２－??１所示。??前缘半轻?厚度?翼型弦线??前缘?緣??图２－１几何参数??作用在风力机翼型表面上且垂直于来流方向的所有力的合力被称为翼型所受??的升力。翼型的升力系数Ｃ；为：??Ｌ??Ｃｉ?＝?＾?（２－１）??２＾?Ｐ?ｃ??式中：ｐ为来流密度；ｅ为翼型的弦长；为来流速度。??作用在风力机翼型表面上且平行于来流方向的所有力的合力被称为翼型所受??的阻力。翼型的阻力系数￣为：??６??

流体速度梯度很小，黏性力也可以忽略。所以，边界层内的流体为有旋流??动，边界层外的流体为无旋流动。边界层内流体根据流态的不同可以分为以下三种??形式：层流边界层、湍流边界层、混合边界层。图２－２为尺寸放大的边界层。??二?Ｖ三…??—＼?与??＾?｜?、一?????Ｑ?／?／／／?ｊｒ?７７／?／?／?／?７／?／?＾?／?／?Ｊ?／ｊ／／?Ｊ／Ｙ７￣Ｔ＇??Ｍ流边界层?Ｍ？流底Ｍ??图２－２平板上混合边界层??层流边界层就是边界层内流体全部为层流的形态，层流边界层的微分方程组为：??ｄｕ?ｄｎ?１?ｄｐ?ｄ￣ｕ??ｕ?—?＋?ｖ—?＝?＋?ｕ—７?（２－４）??ｄｘ?ｄｙ?ｐ?ｄｘ?ｄｙ￣??字＝〇?（２－５）??７??
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本文编号：2870763