风力机叶片三维气动性能的数值研究
发布时间：2021-04-01 23:26
准确的了解叶片的气动性能对指导风力机叶片的设计具有重要意义。本文针对准确求解风力机叶片气动性能这一问题,探讨了不同湍流模型及不同的近壁处理方法对风力机叶片绕流数值模拟结果的影响,对NREL PhaseⅥ实验风力机叶片在不同来流风速下的绕流流场进行了全三维数值模拟,分析了该叶片的气动性能,并对其气动特性进行了改进,最后提出了一种进一步改进风力机叶片气动性能的思想。研究工作具体内容和结论如下:本文采用有限体积法以及基于压力修正的SIMPLE方法,研究了计算域的大小对PhaseⅥ风力机叶片三维绕流数值模拟的影响,得到了合适的计算域,并在此基础上讨论了使用壁面函数的前提下,采用原始k-ω湍流模型和SST湍流模型对该叶片的气动性能进行数值模拟的可行性,发现壁面函数不能正确的模拟转捩过程的叶片绕流流场。直接采用密集网格求解近壁区的流动是另一类方法。本文采用该方法,配合SST湍流模型对PhaseⅥ风力机叶片三维绕流进行了数值模拟,并通过与实验结果对比证明了数值计算的可靠性。通过对PhaseⅥ风力机叶片吸力面表面流线、叶片截面附近流线和输出轴扭矩沿叶展方向的分布曲线的讨论,总结了PhaseⅥ叶片的气动...
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
风轮的气流图
图 1.2 叶片微段上的受力叶素的推力系数nC 和功率系数tC 为：cos cos sin cossin cosn l dt l dC C CC C C = Φ Ψ + Φ Ψ = Φ Φ 片积分后得到的风轮的推力系数TC 和功率系数PC 为：2 302 30coscosRnTRtPic CC drR Uicr CC drR Uωπωπ∞∞=Ψ=Ψ∫∫i为叶片数， c为叶片各个剖面弦长，ω 为角速度，R 为叶片其他条件不变的情况下，风轮的功率系数PC 就由各个不同叶定。理论实质上是把叶片当作标准的二维问题来处理，由于风力
均量之间的关系，以解决湍流基本方程组的不封闭性问题。这些半经验设就称为湍流模型。对着计算机科学的发展，湍流模型的研究已经成为论研究中发展最快的分支，并成为解决工程实际湍流问题的有效手段。在对流经风力机的非稳态流动预估中，湍流模型起着关键的作用。许者研究了翼型叶片周围的非稳态流动分离，证明湍流模型在空气载荷的有很重要的作用[36-41]。在这方面，二维研究为三维研究提供了良好的基础有文献将 Baldwin-Lomax 模型[12]（零方程）、Spalart-Allmara 模型（）[14]和k ε模型[11]（双方程）这几种不同湍流模型对风力机叶片三维绕的计算效果进行了比较[36]，发现 Baldwin-Lomax 模型和 Spalart-Allmar在低风速情况的计算精度较好，而k ε模型与 SST 修正结合，能得到比的失速条件下的三维计算结果。有结果表明，在预测正应力和展向弯矩上模型的计算结果与实验结果比较符合,而弦向力，扭矩等对近壁效果的法和分离的模拟效果比较敏感，不同的计算结果与实验结果之间存在较。图 1.3 为采用不同湍流模型时对 Phase Ⅵ风力机叶片低速轴扭矩的模。由图可以看出，不同模型得到的扭矩结果相差较大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]风力机桨叶翼型的气动特性分析[J]. 李文华,苏明军. 通用机械. 2006(11)
[2]风电发展:借得好风扬劲帆[J]. 王柏臣. 电力设备. 2006(04)
[3]三维旋转效应对叶片非定常气动特性的影响[J]. 伍艳,王同光. 南京航空航天大学学报. 2005(02)
[4]适用于风力机的新翼型气动性能的实验研究[J]. 叶枝全,黄继雄,陈严,包能胜,霍福鹏. 太阳能学报. 2003(04)
[5]“蓝天白煤”——风能在发电领域的应用研究[J]. 王晓放,孙涛,王以飞. 节能. 2002(12)
[6]风力机新系列翼型气动性能研究[J]. 叶枝全,黄继雄,陈严,曹人靖. 太阳能学报. 2002(02)
[7]定桨距风力机气动优化设计优化方向分析[J]. 陈严,胡士山,叶枝全. 太阳能学报. 1997(03)
[8]风力发电在跨世纪能源结构中的地位[J]. 姚兴佳,依雪峰. 节能. 1997(07)
硕士论文
[1]风力机专用新翼型及其气动特性研究[D]. 黄继雄.汕头大学 2001
本文编号：3114152
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
风轮的气流图
图 1.2 叶片微段上的受力叶素的推力系数nC 和功率系数tC 为：cos cos sin cossin cosn l dt l dC C CC C C = Φ Ψ + Φ Ψ = Φ Φ 片积分后得到的风轮的推力系数TC 和功率系数PC 为：2 302 30coscosRnTRtPic CC drR Uicr CC drR Uωπωπ∞∞=Ψ=Ψ∫∫i为叶片数， c为叶片各个剖面弦长，ω 为角速度，R 为叶片其他条件不变的情况下，风轮的功率系数PC 就由各个不同叶定。理论实质上是把叶片当作标准的二维问题来处理，由于风力
均量之间的关系，以解决湍流基本方程组的不封闭性问题。这些半经验设就称为湍流模型。对着计算机科学的发展，湍流模型的研究已经成为论研究中发展最快的分支，并成为解决工程实际湍流问题的有效手段。在对流经风力机的非稳态流动预估中，湍流模型起着关键的作用。许者研究了翼型叶片周围的非稳态流动分离，证明湍流模型在空气载荷的有很重要的作用[36-41]。在这方面，二维研究为三维研究提供了良好的基础有文献将 Baldwin-Lomax 模型[12]（零方程）、Spalart-Allmara 模型（）[14]和k ε模型[11]（双方程）这几种不同湍流模型对风力机叶片三维绕的计算效果进行了比较[36]，发现 Baldwin-Lomax 模型和 Spalart-Allmar在低风速情况的计算精度较好，而k ε模型与 SST 修正结合，能得到比的失速条件下的三维计算结果。有结果表明，在预测正应力和展向弯矩上模型的计算结果与实验结果比较符合,而弦向力，扭矩等对近壁效果的法和分离的模拟效果比较敏感，不同的计算结果与实验结果之间存在较。图 1.3 为采用不同湍流模型时对 Phase Ⅵ风力机叶片低速轴扭矩的模。由图可以看出，不同模型得到的扭矩结果相差较大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]风力机桨叶翼型的气动特性分析[J]. 李文华,苏明军. 通用机械. 2006(11)
[2]风电发展:借得好风扬劲帆[J]. 王柏臣. 电力设备. 2006(04)
[3]三维旋转效应对叶片非定常气动特性的影响[J]. 伍艳,王同光. 南京航空航天大学学报. 2005(02)
[4]适用于风力机的新翼型气动性能的实验研究[J]. 叶枝全,黄继雄,陈严,包能胜,霍福鹏. 太阳能学报. 2003(04)
[5]“蓝天白煤”——风能在发电领域的应用研究[J]. 王晓放,孙涛,王以飞. 节能. 2002(12)
[6]风力机新系列翼型气动性能研究[J]. 叶枝全,黄继雄,陈严,曹人靖. 太阳能学报. 2002(02)
[7]定桨距风力机气动优化设计优化方向分析[J]. 陈严,胡士山,叶枝全. 太阳能学报. 1997(03)
[8]风力发电在跨世纪能源结构中的地位[J]. 姚兴佳,依雪峰. 节能. 1997(07)
硕士论文
[1]风力机专用新翼型及其气动特性研究[D]. 黄继雄.汕头大学 2001
本文编号：3114152
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