基于CFD技术与遗传算法的风力机大厚度翼型优化设计

发布时间：2021-06-10 18:33

　　针对目前风力机大厚度翼型设计参数空间有限、优化设计过程中气动力预测不准等问题,利用B样条函数表征通用翼型廓线,编制程序集成耦合翼型设计模块、任意翼型自适应网格模块、CFD流场计算模块、遗传算法优化模块,提出了基于CFD技术与遗传算法的风力机叶片大厚度翼型优化设计方法,并对比分析优化新翼型与DU97-W-300翼型的几何特性与气动性能。结果表明,优化方法设计的新翼型在主要攻角范围内具有较高的气动性能,在雷诺数为3.0×106的情况下,其升力系数、升阻比分别提高了13.555%、38.588%。该翼型优化设计方法为风力机大厚度通用翼型的设计与应用提供参考。 

【文章来源】：水电能源科学. 2020,38(06)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

翼型B样条表征廓线

采用CFD技术进行翼型气动性能计算，其中翼型流体网格划分必不可少。在采用B样条函数进行翼型表征及优化设计过程中，会出现满足优化设计几何约束条件的形状各异的翼型廓线集，这给翼型自动网格生成及流体计算带来困难。利用ICEM中网格划分模块，编制任意翼型网格自适应生成程序，通过运行该命令流可自动生成任意翼型结构化网格，见图2。采用自适应网格划分技术，可实现翼型自动网格划分功能，这对于翼型优化设计过程中多达上万次的网格划分来说尤为重要。在翼型优化设计前，进行了网格无关性分析，网格数12×104满足计算要求。第一层网格高度为10-5 mm，壁面处Y+≤1。翼型的气动性能计算在FLUENT中完成。湍流模型选用Transition SST转捩模型[8]，并对其进行低雷诺数修正。采用二维双精度定常求解N-S方程；势能、湍流动能、特定耗散率等空间离散方式采用二阶迎风格式，速度和压力耦合采用SIMPLE算法。设置翼型无穷远处为速度入口（翼型左侧、上侧、下侧），翼型流场右侧为压力出口；翼型边界条件为标准无滑移壁面，收敛精度为10-6。

为了验证大厚度翼型气动性能计算方法的准确性，计算了DU97-W-300翼型在雷诺数为3.0×106条件下的气动性能，并与风洞试验[9]结果进行了对比分析。在攻角α=9.3°、12.4°的情况下，翼型表面压力分布见图3。由图3可知，不同攻角下计算的压力系数分布与试验数据基本吻合，从而验证了CFD方法计算大厚度翼型气动性能的可行性与准确性。4 CFD技术与遗传算法集成优化设计

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于连续攻角的风力机翼型整体气动性能提高的优化设计[J]. 汪泉,陈进,王君,孙金风.  机械工程学报. 2017(13)
[2]基于多点攻角的风力机翼型优化设计[J]. 汪泉,王君,陈进,余晓琴,孙金风.  哈尔滨工程大学学报. 2016(11)
[3]相对厚度对DU系列翼型气动性能的影响[J]. 贾亚雷,安鹏,李秋菊,韩中合.  机械设计与制造. 2016(03)
[4]基于改进多目标粒子群算法的风力机大厚度翼型优化设计[J]. 陈进,郭小锋,孙振业,李松林.  东北大学学报(自然科学版). 2016(02)
[5]风力机专用翼型综合优化设计方法[J]. 陈亚琼,方跃法,郭盛,温如凤.  中国机械工程. 2015(09)
[6]翼型厚度对风力机叶片翼型气动特性的影响[J]. 王菲,吕剑虹,王刚.  流体机械. 2011(12)



本文编号：3222907