基于相似理论水平轴风力机气动特性研究

发布时间：2023-09-14 04:15

　　作为绿色环保可再生能源,风能的发展受到全世界的瞩目。风力机是利用风能资源的主要机械之一,并逐步朝着大型化趋势发展,但是由于环境因素、测量误差、计算资源等因素的制约,对水平轴风力机气动性能的预估往往经验不足,造成较大误差。 由于针对风力机性能预测的风洞试验和外场试验经常遇到各种环境干扰因素,加之雷诺数效应的无法避免,影响到测试结果的准确性。为了解决上述问题,本文以流体力学中相似理论为基础,采用不同的近似模型方法,针对两叶片风力机进行三维定常流场计算。通过对比近似模型计算结果,从叶片表面流动特性和力特性进行分析,得到最适合风力机相似计算的近似模型方法。在此近似模型法的基础上,计算了最佳缩比率的适用范围。进而通过三叶片的大型风力机数值计算进行验证,结果表明各个工况下的模型风力机叶片表面流动特性及载荷特性与原型保持相似。整个研究过程加强了对风力机空气动力学的理解,且将相似理论与空气动力学相互柔和,形成一套较完整的风力机相似理论数值计算方法,总结如下： (1)通过两叶片风力机数值计算结果可知仅满足几何相似和叶尖速比相等并不充分,尤其是在风力机运行过程中发生强烈流动分离时,计算结果与原型结果相差较...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及工程意义
        1.1.1 国外风电发展状况
        1.1.2 国内风电发展状况
    1.2 国内外风力机研究状况
    1.3 目前存在的问题
    1.4 主要研究内容
    1.5 创新点
第二章 风力机气动特性与相似理论
    2.1 风力机基本概念
        2.1.1 翼型几何参数
        2.1.2 作用在运动翼型上的气动力
        2.1.3 升阻力系数变化曲线
    2.2 风轮几何定义与空气动力学特性系数
        2.2.1 风轮几何定义
        2.2.2 风轮空气动力特性
    2.3 风力机气动特性主要研究方法
        2.3.1 动量—叶素理论
        2.3.2 涡尾迹方法
        2.3.3 CFD方法
    2.4 水平轴风力机相似理论
        2.4.1 相似理论
        2.4.2 几何相似风力机特性
        2.4.3 近似模型法
第三章 两叶片风力机相似特性研究
    3.1 两叶片风力机三维模型建立
    3.2 数值计算域和边界条件
    3.3 风力机相似理论应用研究
        3.3.1 计算方案
        3.3.2 数值模拟方法
        3.3.3 模拟结果对比分析
            3.3.3.1 叶片表面流动特性及压力分布对比分析
            3.3.3.2 力特性对比分析
    3.4 雷诺模型尺寸效应研究
        3.4.1 叶片表面流动特性
        3.4.2 力特性对比分析
    3.5 本章小结
第四章 基于雷诺模型法三叶片风力机气动特性研究
    4.1 三叶片风力机三维模型建立
    4.2 数值计算域和边界条件
    4.3 雷诺模型法的应用
    4.4 数值计算
        4.4.1 叶片吸力面流线图和压力分布
        4.4.2 力特性对比分析
    4.5 本章小结
第五章 雷诺模型法对雷诺数、湍流粘度、切向力和法向力的影响分析
    5.1 雷诺模型法对雷诺数的影响
    5.2 雷诺模型法对湍流粘度的影响
        5.2.1 风力机叶片吸力面湍流粘度分布
        5.2.2 叶片周围湍流粘度分布
        5.2.3 湍流粘度曲线
    5.3 雷诺模型法对切向力系数和法向力系数的影响
    5.4 本章小结
第六章 总结和展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录



本文编号：3846535