后掠型风力机叶片的启动特性研究

发布时间：2021-07-20 05:46

　　后掠型风力机叶片是翼型沿着向尾缘弯曲的积叠线造型而成的一种新型智能叶片。现有研究表明风力机后掠叶片在保证功率输出的同时可以显著降低叶片的推力载荷,这为降低风力机生产制造成本,提高风电生产的经济竞争性提供了一条有价值的途径。当前对后掠叶片的研究主要还是围绕气弹问题展开的,对于更为基础的气动研究开展较少,后掠对叶片绕流的影响机理有待深入探索。本文从叶片的气动性能、流动分离特性等角度研究了这种叶片造型方式的影响,并分析叶片后掠造型中几何参数如后掠的起始位置、后掠角等的影响。本文研究了叶片后掠对风力机叶片三维流场的影响。通过对NREL PhaseVI直叶片及其后掠改型叶片进行三维CFD数值计算,比较叶片经过后掠造型前后的功率输出,发现后掠叶片在低风速下比原型直叶片略小,而由于失速延迟作用在较高风速下超过了原型叶片的出功,但在高风速下两种叶片都出现大分离时,后掠叶片的功率输出现更大下降；对比叶片表面极限流线可见后掠叶片流场的三维流动效应更加显著,具体表现为在后掠叶片吸力面前缘处流动向叶轮中心偏转,而在尾缘附近则向叶尖方向存在更显著的偏转,这一点在流动分离情况下变得更加显著。叶段绕流与截面翼型压力... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市

【文章页数】：119 页

【学位级别】：博士

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第一章 引言
    1.1 选题背景
        1.1.1 风能利用现状
        1.1.2 国内外风电机组发展的大型化趋势
        1.1.3 风力机叶片的发展概况及技术问题
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 载荷控制研究
        1.2.2 气弹研究中的气动模型
        1.2.3 后掠叶片气动CFD研究现状
    1.3 研究方法
        1.3.1 理论分析
        1.3.2 数值求解
    1.4 研究内容及意义
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 研究意义
第二章 后掠型风力机叶片三维绕流特性
    2.1 后掠型风力机叶片气动特性研究方法
        2.1.1 基于动量叶素理论的二维分析算法
        2.1.2 计算流体力学方法
        2.1.3 后掠叶片的三维计算
    2.2 后掠叶片与直叶片计算模型及验证
        2.2.1 NREL Phase Ⅵ试验叶片与S系列试验
        2.2.2 数值模型
        2.2.3 数值计算模型可靠性验证
    2.3 后掠叶片与直叶片三维流动分析
        2.3.1 转矩差异
        2.3.2 绕叶片流场差异
    2.4 小结
第三章 叶片后掠对流动分离的影响
    3.1 叶片的BEM分析方法
        3.1.1 BEM计算模型
        3.1.2 BEM模型的修正
    3.2 利用NREL Phase Ⅵ风力机验证BEM计算模型
        3.2.1 BEM模型对NREL Phase Ⅵ叶片气动参数的分析
    3.3 流动分离点计算分析
        3.3.1 NREL Phase Ⅵ叶片在S07、S15和S20工况下的攻角分布
        3.3.2 利用Xfoil计算Phase Ⅵ叶片边界层分离点
    3.4 流动分离点CFD分析
    3.5 小结
第四章 叶片截面入流特性受后掠的影响
    4.1 叶片截面翼型当地攻角的确定
        4.1.1 速度平均法
        4.1.2 逆动量叶素法
        4.1.3 壁面环量法
    4.2 计算方法
    4.3 计算结果及分析
    4.4 小结
第五章 影响后掠叶片气动特性的几何因素分析
    5.1 试验设计
        5.1.1 试验目的
        5.1.2 困难与解决方法
    5.2 数值方法
        5.2.1 计算流体力学方法
        5.2.2 对比验证
    5.3 数值结果分析
        5.3.1 后掠与轴向推力载荷
        5.3.2 影响后掠叶片气动性能的主次因素分析
        5.3.3 最优参数寻找
        5.3.4 各因素对后掠叶片气动性能的影响趋势
    5.4 小结
第六章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文与研究成果
致谢



本文编号：3292257