风力机翼型失速颤振的实验与数值模拟研究

发布时间：2021-03-19 07:31

　　随着风能的广泛应用以及风力机技术的不断发展,风力机叶片更纤长,展弦比和叶尖速比更大,在日常运行中或极端风况下,叶片在扭转至大攻角时往往会发生“失速”现象,从而引发叶片震颤,严重时甚至可能造成叶片结构的破坏。为确保风力机运行时的安全以及性能,有必要对该现象的机理进行探究。本文采用风洞实验和数值模拟的方法对NACA 64-418翼型的失速振荡特性进行研究,主要分析了翼型在“极限环振荡”状态下的气动特性,进而得出相关结论。本文主要完成了如下工作:1、振荡翼型风洞实验。传感器记录了翼型在振荡期间的瞬时表面压力分布、瞬时俯仰角和沉浮位移等,基于测量结果分析了振荡翼型的非稳态气动特性,包括动态响应特性、“极限环振荡”周期内瞬态升力的迟滞性以及压力分布特性;2、振荡翼型流场测量。采用PIV（粒子图像测速）方法对“极限环振荡”周期内的翼型前缘区域的流场进行了可视化测量,分析了非稳态振荡翼型在振荡周期内上仰与下俯过程中的流场变化与翼型瞬时表面压力分布变化的关联;3、振荡翼型数值模拟。作为风洞实验的对照与补充,借助Fluent软件进行了瞬态数值计算,编写UDF（用户自定义函数）给定二维翼型的振荡运动,结合... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

007-2017年全球风电装机总容量及年增长量[2]

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文无论是用于大型风场的水平轴风力发电机，还是多用于分布式发电的垂直轴风力发电机，叶片部件的设计都至关重要。近十年内，为了提升单位风能捕获效率，风力机技术也有了很大发展，主要趋势之一就是叶轮的大型化。大型风力机的叶片通常更纤长和柔韧，因而也更容易由于弹性产生弯曲和扭转等形变，如图 1-2 所示，这将会造成翼型气动攻角的改变，影响叶片的空气动力学特性，从而可能会导致产生一种被称为“颤振”的气动弹性失稳现象，严重时甚至可能造成结构破坏，如图 1-3 所示。

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文无论是用于大型风场的水平轴风力发电机，还是多用于分布式发电的垂直轴风力发电机，叶片部件的设计都至关重要。近十年内，为了提升单位风能捕获效率，风力机技术也有了很大发展，主要趋势之一就是叶轮的大型化。大型风力机的叶片通常更纤长和柔韧，因而也更容易由于弹性产生弯曲和扭转等形变，如图 1-2 所示，这将会造成翼型气动攻角的改变，影响叶片的空气动力学特性，从而可能会导致产生一种被称为“颤振”的气动弹性失稳现象，严重时甚至可能造成结构破坏，如图 1-3 所示。

【参考文献】：
期刊论文
[1]低雷诺数下二维翼型层流分离颤振特性[J]. 李国俊,白俊强,唐长红,刘南,乔磊.  航空学报. 2017(11)
[2]机翼极限环振荡仿真与计算[J]. 陈韦贤,徐敏.  电子设计工程. 2013(13)
[3]考虑气动弹性的风力机叶片性能分析[J]. 陈佳慧,王同光.  空气动力学学报. 2011(03)
[4]风力机振荡翼型动态失速特性的CFD研究[J]. 雷延生,周正贵.  太阳能学报. 2010(03)
[5]用RANS/LES混合方法研究超声速底部流动[J]. 肖志祥,符松.  计算物理. 2009(02)
[6]风力机翼型颤振及射流减振技术的气动弹性研究[J]. 金琰,袁新.  太阳能学报. 2002(04)
[7]水平轴风力涡轮设计与性能预估方法的三维失速延迟模型——Ⅱ.模型建立及应用[J]. 杜朝辉.  太阳能学报. 2000(01)
[8]测力法在翼型动态失速试验研究中的应用[J]. 汤瑞源,赵明亮,吴永健.  气动实验与测量控制. 1995(02)
[9]变攻角翼型动态失速特性研究[J]. 华汉金.  中国造船. 1990(04)
[10]风机叶片的防颤设计与试验分析[J]. 宋兆泓,孔瑞莲,魏星禄,王雨渭.  航空动力学报. 1987(04)

博士论文
[1]风力机叶片流固耦合数值模拟[D]. 李媛.华北电力大学 2013



本文编号：3089213