大型风力机钝尾缘叶片结构与气动性能研究
发布时间：2021-01-01 05:53
近些年来,随着风电行业的不断进步,发展大型风电机组成为一种必然趋势。叶片尺寸的不断扩大,导致叶片气动与结构特性之间的矛盾日益突出,然而传统翼型在一定程度上已经无法满足现代风力机低载、轻质等设计要求。钝尾缘翼型因其出色的气动与结构特性,越来越受到国内外学者的关注与重视。为了研究钝尾缘翼型对风力机性能的影响,本文以NREL 5MW风力机为对象,通过对叶片内侧翼型进行钝尾缘改进,采用理论分析与数值模拟相结合的方法研究了钝尾缘翼型应用于风力机叶片时对叶片气动与结构特性的影响,具体内容及结论如下:首先,通过对S809翼型在划分不同网格数下的升、阻力系数计算并与实验数据对比,验证了所用模型和方法的正确性。在此基础上,对NREL 5MW风力机叶片展向40%R（叶片半径）内的翼型进行对称钝尾缘改型,通过数值模拟发现,随着尾部厚度的增大,改进后翼型的升力系数逐渐提高、升阻比增大。改进后的钝尾缘翼型尾部存在一对尺寸相近的涡,使得尾缘处气流发生了下洗作用,改变了周围压力的分布,减小了吸力面尾缘处的逆压梯度,延缓了流动分离的出现,从而提高了翼型气动性能。其次,用改进后的最佳钝尾缘翼型替换原始风力机对应翼型,得...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
叶片剖面和气流角的受力关系
2×10- 5m，以 确保 y+在合适 的范 围内 ， 流场网 格如 图 3.7b 所示。30c40cR20c速度进口边界Velocitybounday无滑移壁面边界no-slipwallbounday压力出口边界Pressureoutletbounday图 3.6 计 算 流 场 及 边 界 类 型注 ： 为 了 显 示 效 果 对 图 中 翼 型 进 行 了 适 当 放 大 。
e)α=15°图 3.12 DU30_A17 翼 型 不 同 攻 角 流 线 图3.4.3 翼型表面压力系数 Kp分析原始翼 型进 行对 称 钝尾缘 改进 之后 ， CL与 CD的 变化 主 要是 由 于 q扩 大 导 致 翼 型 周 围 压 力 分 布 发 生 变 化 所 引 起 的 ， 由 上 述 可 知 三 种 翼 型 改型后的 规律 基本 相 同，因 此下 面主 要 分析 Fluent 计算 获 得的 DU35_A17及其改 进翼 型 DU35_A17_q 的 Kp分布 ，为了 便于 观察 ，使得到 的规 律更加清晰 的展 现， 本 文只 取 q 为 3%c、 5%c 两 种厚 度下 的 钝翼型 与尖 翼型在 为 0°、5°、8°、12°时作 对比 分析 ，如 图 3.13 所 示 。从 图 3.13a)～d)可 以看出 ，相 比于 原 始翼型 ，DU30_A17 尾缘 对称 加厚使翼 型吸 力面 接 近尾 缘 位置 的 Kp值 减小，且 Kp的减小 幅度 随 着 q 的增大而逐 渐递 增 ；而 翼型压 力面 中部 附 近的 Kp增大 ，增大 幅度 随 q 的 增大而递增 ，总体 上 增 大 了翼 型上 下 弧 面 Kp的差值 ，即 Kp曲 线所涵 盖的 区域增加， 因而 对改 进 后翼型 的 CL大于 原始翼 型且 随着 q 的增大 CL不 断增
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种用于材料力学实验教学的复合材料实验[J]. 徐香新. 科技资讯. 2017(24)
[2]大型风力机叶片气动噪声研究[J]. 张兆德,张鑫文,徐超. 太阳能学报. 2017(05)
[3]风力机叶片质量控制难点分析及对策[J]. 赵勇,王冰佳,王杰彬. 热力发电. 2017(04)
[4]10MW风力机叶片设计与动力特性[J]. 李德源,池志强,汪显能,倪晨峰. 沈阳工业大学学报. 2016(03)
[5]雷诺数对DU系列翼型气动性能的影响[J]. 贾亚雷,韩中合,李鹏,韩旭. 机械设计与制造. 2015(11)
[6]3MW风轮的动力学特性[J]. 单丽君,李慧. 大连交通大学学报. 2015(04)
[7]复合纤维风力机叶片结构铺层优化设计研究[J]. 孙鹏文,邢哲健,王慧敏,张媛,郜佳佳. 太阳能学报. 2015(06)
[8]推动能源革命 应对气候变化[J]. 李俊峰. 中国电力企业管理. 2015(01)
[9]尾缘加厚的DU系列翼型气动性能数值分析[J]. 徐浩然,杨华,刘超. 农业工程学报. 2014(17)
[10]基于欧拉与铁摩辛柯理论的简支梁挠度分析[J]. 杜龙怀,刘凤奎. 兰州工业学院学报. 2014(02)
博士论文
[1]风力机叶片气动外形与结构的参数化耦合设计理论研究[D]. 汪泉.重庆大学 2013
[2]风力机定常与非定常气动问题的数值模拟研究[D]. 范忠瑶.华北电力大学（北京） 2011
硕士论文
[1]大型风力机叶片结构分析及铺层设计研究[D]. 王强.兰州理工大学 2016
[2]风力机叶片的设计与结构特性分析[D]. 马乐群.齐鲁工业大学 2015
[3]铺层复合材料结构叶片流固耦合分析[D]. 陈栋栋.浙江工业大学 2013
[4]考虑剪切变形的工字型短深钢梁力学性能分析[D]. 闵鹏.上海交通大学 2013
[5]水平轴风力机载荷的统计分析与计算[D]. 陈继传.华北电力大学 2011
[6]风力机风轮叶片结构设计与分析[D]. 任腊春.西华大学 2008
[7]水平轴风力机桨叶结构动力学特性研究[D]. 马昊旻.汕头大学 2001
本文编号：2951042
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
叶片剖面和气流角的受力关系
2×10- 5m，以 确保 y+在合适 的范 围内 ， 流场网 格如 图 3.7b 所示。30c40cR20c速度进口边界Velocitybounday无滑移壁面边界no-slipwallbounday压力出口边界Pressureoutletbounday图 3.6 计 算 流 场 及 边 界 类 型注 ： 为 了 显 示 效 果 对 图 中 翼 型 进 行 了 适 当 放 大 。
e)α=15°图 3.12 DU30_A17 翼 型 不 同 攻 角 流 线 图3.4.3 翼型表面压力系数 Kp分析原始翼 型进 行对 称 钝尾缘 改进 之后 ， CL与 CD的 变化 主 要是 由 于 q扩 大 导 致 翼 型 周 围 压 力 分 布 发 生 变 化 所 引 起 的 ， 由 上 述 可 知 三 种 翼 型 改型后的 规律 基本 相 同，因 此下 面主 要 分析 Fluent 计算 获 得的 DU35_A17及其改 进翼 型 DU35_A17_q 的 Kp分布 ，为了 便于 观察 ，使得到 的规 律更加清晰 的展 现， 本 文只 取 q 为 3%c、 5%c 两 种厚 度下 的 钝翼型 与尖 翼型在 为 0°、5°、8°、12°时作 对比 分析 ，如 图 3.13 所 示 。从 图 3.13a)～d)可 以看出 ，相 比于 原 始翼型 ，DU30_A17 尾缘 对称 加厚使翼 型吸 力面 接 近尾 缘 位置 的 Kp值 减小，且 Kp的减小 幅度 随 着 q 的增大而逐 渐递 增 ；而 翼型压 力面 中部 附 近的 Kp增大 ，增大 幅度 随 q 的 增大而递增 ，总体 上 增 大 了翼 型上 下 弧 面 Kp的差值 ，即 Kp曲 线所涵 盖的 区域增加， 因而 对改 进 后翼型 的 CL大于 原始翼 型且 随着 q 的增大 CL不 断增
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种用于材料力学实验教学的复合材料实验[J]. 徐香新. 科技资讯. 2017(24)
[2]大型风力机叶片气动噪声研究[J]. 张兆德,张鑫文,徐超. 太阳能学报. 2017(05)
[3]风力机叶片质量控制难点分析及对策[J]. 赵勇,王冰佳,王杰彬. 热力发电. 2017(04)
[4]10MW风力机叶片设计与动力特性[J]. 李德源,池志强,汪显能,倪晨峰. 沈阳工业大学学报. 2016(03)
[5]雷诺数对DU系列翼型气动性能的影响[J]. 贾亚雷,韩中合,李鹏,韩旭. 机械设计与制造. 2015(11)
[6]3MW风轮的动力学特性[J]. 单丽君,李慧. 大连交通大学学报. 2015(04)
[7]复合纤维风力机叶片结构铺层优化设计研究[J]. 孙鹏文,邢哲健,王慧敏,张媛,郜佳佳. 太阳能学报. 2015(06)
[8]推动能源革命 应对气候变化[J]. 李俊峰. 中国电力企业管理. 2015(01)
[9]尾缘加厚的DU系列翼型气动性能数值分析[J]. 徐浩然,杨华,刘超. 农业工程学报. 2014(17)
[10]基于欧拉与铁摩辛柯理论的简支梁挠度分析[J]. 杜龙怀,刘凤奎. 兰州工业学院学报. 2014(02)
博士论文
[1]风力机叶片气动外形与结构的参数化耦合设计理论研究[D]. 汪泉.重庆大学 2013
[2]风力机定常与非定常气动问题的数值模拟研究[D]. 范忠瑶.华北电力大学（北京） 2011
硕士论文
[1]大型风力机叶片结构分析及铺层设计研究[D]. 王强.兰州理工大学 2016
[2]风力机叶片的设计与结构特性分析[D]. 马乐群.齐鲁工业大学 2015
[3]铺层复合材料结构叶片流固耦合分析[D]. 陈栋栋.浙江工业大学 2013
[4]考虑剪切变形的工字型短深钢梁力学性能分析[D]. 闵鹏.上海交通大学 2013
[5]水平轴风力机载荷的统计分析与计算[D]. 陈继传.华北电力大学 2011
[6]风力机风轮叶片结构设计与分析[D]. 任腊春.西华大学 2008
[7]水平轴风力机桨叶结构动力学特性研究[D]. 马昊旻.汕头大学 2001
本文编号：2951042
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