基于CFD的水平轴风力机三维旋转效应研究

发布时间：2021-02-23 10:05

　　三维旋转效应最早在螺旋桨上被发现,在风力机上也普遍存在,最近20年来被广泛深入研究。本文以S809翼型,Phase VI叶片及一种自设计叶片为研究对象,基于CFD方法对风力机二维翼型和三维旋转叶片进行了数值模拟。为研究水平轴风力机三维旋转效应,开展了以下几个方面的工作:使用带γ转捩的k-ωSST湍流模型求解RANS方程,完成了S809翼型与Phase VI叶片对风工况的数值模拟。数值模拟结果与实验吻合较好,验证了CFD求解的准确性。基于数值模拟结果,针对叶片周围三维旋转流动的气动特性和流场结构进行详细的分析,提出了叶片流动分离的判断准则,揭示了三维旋转效应的流场机理。利用非定常inverse BEM方法对实验偏航状态的数据进行后处理,建立了偏航工况下叶片剖面的非定常入流条件表达式。对S809翼型开展了动态入流数值模拟,重点分析了不同偏航角及不同剖面位置下三维旋转效应的作用,结果表明动态失速和三维旋转效应在风力机叶根附近都很显著,且相互之间存在耦合作用。基于S809翼型,自设计了一种无扭转直叶片,并基于CFD方法完成了新叶片的数值模拟。对比分析了Phase VI叶片与新叶片在30%剖面处... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

全球风电年累计装机容量（2001年-2016年）

全球风电累计装机容量达到 48674.9 万千瓦（图 1.1），全球市场新增容量超过 5460 万千瓦（图1.2）。2016 年的风电市场由中国、美国、德国和印度引领，法国、土耳其和荷兰等国的表现也超过预期。中国凭借 2332.8 万千瓦的风电新增装机容量高居榜首，占全球风电新增装机容量的42.7%（图 1.3）。领先排名第二的美国达 1512.5 万千瓦。在亚洲其他地区，印度创下本国新增装机容量新纪录，达到 361.2 万千瓦，并使印度名列全球新增装机容量第四名。同样，印度累计装机容量排名列全球第四，达到 2870 万千瓦。尽管有些国家政策不稳定，欧洲市场仍延续了强劲的增长，2016 年新增容量达到 1392.6 万千瓦，其中欧盟 28 国达到了 1249.1 万千瓦。德国凭借 544.3 万千瓦的新增装机容量使其累计容量超过 5000 万千瓦，成为世界上第三个超过 5000万千瓦里程碑的国家（图 1.4）。其他欧盟国家如法国

图 1.3 2016 年风电新增装机容量前十 图 1.4 2016 年风电累计装机容量前十风电行业的不断发展也对风力机的研制水平提出了更高的要求。其中空气动力学是风要的理论基础，而风力机叶片的气动性能优劣直接决定着风能转化效率。叶片的大多件和系统的设计都是以载荷为主导的，而气动载荷是大型风力机最主要的载荷来源，为复杂。

【参考文献】：
期刊论文
[1]2016年全球风电装机统计[J].   风能. 2017(02)
[2]风能工程中流体力学问题的研究现状与进展[J]. 黎作武,贺德馨.  力学进展. 2013(05)
[3]基于NREL PHASE VI风力机数值模拟的湍流模式研究[J]. 王琦峰,姜哲,安亦然.  水动力学研究与进展A辑. 2013(05)
[4]三维动态失速模型在风力机气动特性计算中的应用[J]. 吕超,王同光,许波峰.  南京航空航天大学学报. 2011(05)
[5]水平轴风力机静态失速数值模拟[J]. 李佳,胡丹梅,张建平.  华东电力. 2011(07)
[6]三维旋转效应对桨叶气动特性影响的计算[J]. 伍艳,王同光.  空气动力学学报. 2006(02)

博士论文
[1]基于涡尾迹方法的风力机气动特性研究[D]. 许波峰.南京航空航天大学 2013
[2]水平轴风力机叶片失速问题研究[D]. 俞国华.上海交通大学 2013
[3]分离失速下风力机气动力数值模拟研究[D]. 钟伟.南京航空航天大学 2012
[4]旋翼流场数值模拟方法研究[D]. 肖中云.中国空气动力研究与发展中心 2007



本文编号：3047412