水平轴风力机偏航气动性能分析
发布时间：2021-08-24 03:46
基于计算流体力学方法（CFD）,采用带Gamma-Theta转捩的T-SST湍流模型,对NREL PhaseⅥ风力机在9个偏航角的气动特性进行了全三维非定常数值模拟。计算的功率与实验值吻合较好。提取了叶片截面翼型几何攻角和有效攻角,分析了不同偏航角下风轮的功率、推力,以及叶片沿展向各截面压力分布和法向力载荷系数的变化规律。偏航工况下,在旋转周期内,风轮功率、推力呈现2P波动性质,叶片气动载荷沿旋转方向呈现余弦交变性质。轴向来流工况时,叶片绕流的三维效应不明显。随着偏航角增大,三维迟滞回环越来越明显,且逐渐从内叶展过渡到中叶展,外叶展的迟滞效应不明显。
【文章来源】：工程热物理学报. 2018,39(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图２计算域及边界条件??Ｆｉｇ．?２?Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?ｄｏｍａｉｎ?ａｎｄ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ??
仲６认径??向为４Ｄ，其中Ｄ为风轮直径？整个流场包括静止域??和旋转域两个部分．入口设置给定速度分Ｍ，外圆??柱壁边界为由滑移壁面，叶片和轮毂是无滑移壁??面，出口边界给定大气压力。??阕１?Ｋ轮偏航角和．叶片方位角??Ｆｉｇ．?１?Ｗｉｎｄ?ｔｕｒｂｉｎｅ?ｒｏｔｏｒ?ｙａｗ?ａｎｇｌｅ?ａｎｄ?ｂｌａｄｅ?ａｚｉｍｕｔｈ?ａｎｇｌｅ??网格划分：采用ＡｕｔｏＧｒｉｄ５网格自动生成器划??分流场三维网格，生成适应性较好的贴体结构网格。??叶片壁面附近进行了加密。风轮局部网格如图３所??示？风轮网格总数为４４０万，壁面ｙ＋＜５，满足低雷??诺数湍流模型［１气外场网格为２４０万．??Ｆｒｅｅ?Ｓｌｉｐ??图２计算域及边界条件??Ｆｉｇ．?２?Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?ｄｏｍａｉｎ?ａｎｄ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ??图３风轮局部网格??Ｆｉｇ．?３?Ｗｉｎｄ?ｔｕｒｂｉｎｅ?ｒｏｔｏｒ?ｍｅｓｈ??１．３数值方法确认??非定常计算采用双时间步计算方法，此物理时??间歩设置为每圈计算７２＿个时间歩（转角５＿°），每个物??
Ｂｌａｄｅ２??在不同偏航角下的轴向推力收敛曲线图？??〇??Ｔｉｍｅ?ｓｔｅｐ／ｓ??Ｍ?４?＇不同偏航角下收敛曲线??Ｆｉｇ．?４?Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｔ?ａｎｄ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｙａｗ?ａｎｇｌｅｓ??入流角、攻角、桨距角，通过翼型截面的周向积分可??得（７ｎ。??Ａ?Ａ?Ｂ?Ｂ??（ａ）?Ｂｌａｄｅ?ｓｅｃｔｉｏｎ?ｅｘｔｒａｃｔ??（ｂ）?Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ??ｆｏｒｃｅ?ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ??Ｆｉｇ．?６??图６二维翼型气动力定义??Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ａｉｒｆｏｉｌ?ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ?ｆｏｒｃｅ??偏航工况下，来流速度相交于风轮旋转轴井平－??行于地面，使得顺风侧的叶片切向速度减少，攻角??不断増加；迎风侧的切向速度增加，攻角不断降低。??图７（ａ）给出了偏航下的截面速度３角形，偏航风使??得轮毂之上叶片切向速度减小，其中ｚ方向部分表??示叶片旋转方向分最，进而得到合速度的表达式为??０?１０?２０?３０?４０?５０?６０??Ｙａｗ?ａｎｇｌｅ／（°）??罔５不同偏航角下收敛曲线和功．率曲线??Ｆｆｇ．?５?Ｐｏｗｅｒ?ｅｕｒｓｅ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｙａｗ?ａｎｇｌｅｓ??２总体性能参数与有效攻角计算方法??２．１气动参数??图６（ａ）示意了一定方位角下的翼型截面截取，??进而可获得不同方位角的表面压力分布，得到弦向??的压力系数分布，分析不通展向截面气动载荷变化??规律．图６（ｂ）描述了翼型气动力的受力分析及几何??攻角计算图。其中ａ、艮＃分别为当地翼型截面的??（ａ）?Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ?ａｎａ
本文编号：3359216
【文章来源】：工程热物理学报. 2018,39(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图２计算域及边界条件??Ｆｉｇ．?２?Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?ｄｏｍａｉｎ?ａｎｄ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ??
仲６认径??向为４Ｄ，其中Ｄ为风轮直径？整个流场包括静止域??和旋转域两个部分．入口设置给定速度分Ｍ，外圆??柱壁边界为由滑移壁面，叶片和轮毂是无滑移壁??面，出口边界给定大气压力。??阕１?Ｋ轮偏航角和．叶片方位角??Ｆｉｇ．?１?Ｗｉｎｄ?ｔｕｒｂｉｎｅ?ｒｏｔｏｒ?ｙａｗ?ａｎｇｌｅ?ａｎｄ?ｂｌａｄｅ?ａｚｉｍｕｔｈ?ａｎｇｌｅ??网格划分：采用ＡｕｔｏＧｒｉｄ５网格自动生成器划??分流场三维网格，生成适应性较好的贴体结构网格。??叶片壁面附近进行了加密。风轮局部网格如图３所??示？风轮网格总数为４４０万，壁面ｙ＋＜５，满足低雷??诺数湍流模型［１气外场网格为２４０万．??Ｆｒｅｅ?Ｓｌｉｐ??图２计算域及边界条件??Ｆｉｇ．?２?Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?ｄｏｍａｉｎ?ａｎｄ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ??图３风轮局部网格??Ｆｉｇ．?３?Ｗｉｎｄ?ｔｕｒｂｉｎｅ?ｒｏｔｏｒ?ｍｅｓｈ??１．３数值方法确认??非定常计算采用双时间步计算方法，此物理时??间歩设置为每圈计算７２＿个时间歩（转角５＿°），每个物??
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