基于翼型凹变的叶片结构动力学性能优化方法研究
发布时间：2022-01-06 21:48
针对某分布式水平轴风力机叶片,首次提出于翼型吸力面上进行翼型凹变的结构改良,以额定工况时不降低叶片功率输出为前提,成功地将翼型凹变应用于叶片刚度、阻尼比和固有频率的有益改进。研究揭示,翼型向内侧凹变可较好地控制叶片吸力面上气流交汇的位置和影响范围,配合凹槽对汇聚流线的诱导效应,可在一定程度上减小气体流动的能量损失,进而提升叶片的气动性能。此外,翼型凹变可显著提升风轮1阶、2阶阻尼比3%～9%,提升叶片刚度值32%,同时可有效降低叶片最大位移和最大应变值分别为28%和19%。翼型凹变在风力机叶片设计中的成功应用,不仅可为翼型族的衍生提供了新的实现方法,同时可为叶片气动性能和结构动力学性能的兼优性开发提供新的实现途径。
【文章来源】：振动与冲击. 2019,38(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
翼型吸力面流线的交汇Fig．1Convergenceoftheflowlineontheairfoilsuctionsurface
实现，1翼型面和2翼型面的间距为35mm，其余相邻翼型面间距为70mm。将原翼型中的10特征翼型面曲线进行相应的结构凹变并放样后即可获得凹变翼型叶片，如图3所示。图3凹变翼型叶片的生成Fig．3Generationofconcaveblades3．1．2计算模型的建立数学模型依据内蒙古自治区新能源试验示范基地所属B1/K2型低速风洞建立，如图4所示，目的是利用相应的试验佐证算法的可靠性。图4数学仿真模型Fig．4Mathematicalsimulationmodel计算域划分为旋转域和静止域两部分，旋转域包裹风力机叶片，通过域的旋转实现叶片的转动。旋转域采用六面体网格，静止域采用四面体网格，两域间采用滑移网格，数据传递采用INTEＲFACE技术。静止域采用网格膨胀技术，全域实现了网格的分层划分，多种网格划分技术的综合应用可实现计算资源的高效利用。3．1．3计算方法及结果分析采用非稳态算法，考虑到叶片旋转过程中，伴随着较强的逆压梯度和流动分离，故所采用算法模型需考虑湍流剪切应力效应，并对涡流黏度不产生过度预测，SSTk-ω湍流模型在上述问题解决方面具备显著的优势。且壁面采用固体无滑移条件，入口条件采用速度入口，出口条件采用自由出口，网格间数据的传递采用二阶差分格式。原翼型叶片额定风速为10m/s，设计尖速比为5，针对此工况进行原翼型风轮气动性能的计算，如表1所示。表1原翼型风轮气动性能Tab．1Aerodynamicperformanceof3typesofwindwheels风轮序号转矩/(N·m)功率/Wg3．83362．8注:g为原翼型风轮，下同3．2叶片气动性能可靠性试验3．2．1测试对象测试对象，如图5所示，为与模拟计算使用相同叶片的某木质?
实现，1翼型面和2翼型面的间距为35mm，其余相邻翼型面间距为70mm。将原翼型中的10特征翼型面曲线进行相应的结构凹变并放样后即可获得凹变翼型叶片，如图3所示。图3凹变翼型叶片的生成Fig．3Generationofconcaveblades3．1．2计算模型的建立数学模型依据内蒙古自治区新能源试验示范基地所属B1/K2型低速风洞建立，如图4所示，目的是利用相应的试验佐证算法的可靠性。图4数学仿真模型Fig．4Mathematicalsimulationmodel计算域划分为旋转域和静止域两部分，旋转域包裹风力机叶片，通过域的旋转实现叶片的转动。旋转域采用六面体网格，静止域采用四面体网格，两域间采用滑移网格，数据传递采用INTEＲFACE技术。静止域采用网格膨胀技术，全域实现了网格的分层划分，多种网格划分技术的综合应用可实现计算资源的高效利用。3．1．3计算方法及结果分析采用非稳态算法，考虑到叶片旋转过程中，伴随着较强的逆压梯度和流动分离，故所采用算法模型需考虑湍流剪切应力效应，并对涡流黏度不产生过度预测，SSTk-ω湍流模型在上述问题解决方面具备显著的优势。且壁面采用固体无滑移条件，入口条件采用速度入口，出口条件采用自由出口，网格间数据的传递采用二阶差分格式。原翼型叶片额定风速为10m/s，设计尖速比为5，针对此工况进行原翼型风轮气动性能的计算，如表1所示。表1原翼型风轮气动性能Tab．1Aerodynamicperformanceof3typesofwindwheels风轮序号转矩/(N·m)功率/Wg3．83362．8注:g为原翼型风轮，下同3．2叶片气动性能可靠性试验3．2．1测试对象测试对象，如图5所示，为与模拟计算使用相同叶片的某木质?
【参考文献】：
期刊论文
[1]An Airfoil Parameterization Method for the Representation and Optimization of Wind Turbine Special Airfoil[J]. LIU Yixiong,YANG Ce,SONG Xiancheng. Journal of Thermal Science. 2015(02)
[2]仿鲸鱼鳍翼段气动控制实验研究[J]. 王国付,张明明,徐建中. 工程热物理学报. 2013(10)
本文编号：3573229
【文章来源】：振动与冲击. 2019,38(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
翼型吸力面流线的交汇Fig．1Convergenceoftheflowlineontheairfoilsuctionsurface
实现，1翼型面和2翼型面的间距为35mm，其余相邻翼型面间距为70mm。将原翼型中的10特征翼型面曲线进行相应的结构凹变并放样后即可获得凹变翼型叶片，如图3所示。图3凹变翼型叶片的生成Fig．3Generationofconcaveblades3．1．2计算模型的建立数学模型依据内蒙古自治区新能源试验示范基地所属B1/K2型低速风洞建立，如图4所示，目的是利用相应的试验佐证算法的可靠性。图4数学仿真模型Fig．4Mathematicalsimulationmodel计算域划分为旋转域和静止域两部分，旋转域包裹风力机叶片，通过域的旋转实现叶片的转动。旋转域采用六面体网格，静止域采用四面体网格，两域间采用滑移网格，数据传递采用INTEＲFACE技术。静止域采用网格膨胀技术，全域实现了网格的分层划分，多种网格划分技术的综合应用可实现计算资源的高效利用。3．1．3计算方法及结果分析采用非稳态算法，考虑到叶片旋转过程中，伴随着较强的逆压梯度和流动分离，故所采用算法模型需考虑湍流剪切应力效应，并对涡流黏度不产生过度预测，SSTk-ω湍流模型在上述问题解决方面具备显著的优势。且壁面采用固体无滑移条件，入口条件采用速度入口，出口条件采用自由出口，网格间数据的传递采用二阶差分格式。原翼型叶片额定风速为10m/s，设计尖速比为5，针对此工况进行原翼型风轮气动性能的计算，如表1所示。表1原翼型风轮气动性能Tab．1Aerodynamicperformanceof3typesofwindwheels风轮序号转矩/(N·m)功率/Wg3．83362．8注:g为原翼型风轮，下同3．2叶片气动性能可靠性试验3．2．1测试对象测试对象，如图5所示，为与模拟计算使用相同叶片的某木质?
实现，1翼型面和2翼型面的间距为35mm，其余相邻翼型面间距为70mm。将原翼型中的10特征翼型面曲线进行相应的结构凹变并放样后即可获得凹变翼型叶片，如图3所示。图3凹变翼型叶片的生成Fig．3Generationofconcaveblades3．1．2计算模型的建立数学模型依据内蒙古自治区新能源试验示范基地所属B1/K2型低速风洞建立，如图4所示，目的是利用相应的试验佐证算法的可靠性。图4数学仿真模型Fig．4Mathematicalsimulationmodel计算域划分为旋转域和静止域两部分，旋转域包裹风力机叶片，通过域的旋转实现叶片的转动。旋转域采用六面体网格，静止域采用四面体网格，两域间采用滑移网格，数据传递采用INTEＲFACE技术。静止域采用网格膨胀技术，全域实现了网格的分层划分，多种网格划分技术的综合应用可实现计算资源的高效利用。3．1．3计算方法及结果分析采用非稳态算法，考虑到叶片旋转过程中，伴随着较强的逆压梯度和流动分离，故所采用算法模型需考虑湍流剪切应力效应，并对涡流黏度不产生过度预测，SSTk-ω湍流模型在上述问题解决方面具备显著的优势。且壁面采用固体无滑移条件，入口条件采用速度入口，出口条件采用自由出口，网格间数据的传递采用二阶差分格式。原翼型叶片额定风速为10m/s，设计尖速比为5，针对此工况进行原翼型风轮气动性能的计算，如表1所示。表1原翼型风轮气动性能Tab．1Aerodynamicperformanceof3typesofwindwheels风轮序号转矩/(N·m)功率/Wg3．83362．8注:g为原翼型风轮，下同3．2叶片气动性能可靠性试验3．2．1测试对象测试对象，如图5所示，为与模拟计算使用相同叶片的某木质?
【参考文献】：
期刊论文
[1]An Airfoil Parameterization Method for the Representation and Optimization of Wind Turbine Special Airfoil[J]. LIU Yixiong,YANG Ce,SONG Xiancheng. Journal of Thermal Science. 2015(02)
[2]仿鲸鱼鳍翼段气动控制实验研究[J]. 王国付,张明明,徐建中. 工程热物理学报. 2013(10)
本文编号：3573229
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