偏航状态下小型风力机气动特性及尾迹涡变化分析

发布时间：2025-01-03 23:45

　　风力机运行在大气环境中,由于风速、风向不断变化,风轮旋转平面往往不能及时对准风向,使风力机常常处于偏航状态下,导致风轮捕获风能效率降低,实际输出功率减小。所以研究偏航工况下风力机的气动特性及尾迹流场结构意义重大。以直径D=1.4m,课题组设计的某S新翼型三叶片水平轴风力机为研究对象,基于Ansys软件DesignModeler模块建立风轮模型和计算域模型,采用ICEM模块划分非结构化网格,基于Fluent模块应用大涡模拟（LES）实现风力机尾迹流场的模拟,利用高频PIV技术拍摄叶尖涡的运动轨迹,探究偏航作用对风力机气动特性及尾迹流场的影响。分析数值模拟结果和实验数据主要得出结论如下:随着偏航角增大,各截面吸力面压力系数逐渐增大,压力面压力系数逐渐减小,叶片表面压差减小,导致输出功率减小。风力机发生偏航时,在各方位面内叶片吸力面流动分离程度不同。在0°¹20°方位面内叶片吸力面流动分离程度最严重,在240°³60°方位面内吸力面流动分离程度次之,在120°²40°方位面内流动分离程度最轻。随着偏航角度的增加,风力机叶片表面流...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 风力机气动特性及其尾迹流场的研究现状
        1.2.2 偏航状态下水平轴风力机气动特性及其尾迹流场的研究现状
    1.3 研究主要内容
第二章 基本理论
    2.1 空气动力学理论基础
        2.1.1 翼型的参数
        2.1.2 流动分离相关概念
    2.2 风力机偏航的空气动力学基础
        2.2.1 动量理论
        2.2.2 叶素理论
    2.3 葛劳涡理论
    2.4 计算流体力学相关概念
第三章 偏航时风力机气动特性及尾迹涡数值计算
    3.1 模拟计算过程
        3.1.1 风力机整体建模
        3.1.2 构造计算域
        3.1.3 划分网格
        3.1.4 设定边界条件
        3.1.5 选择湍流模型
    3.2 叶片表面压力分析
    3.3 流动分离
        3.3.1 未偏航时风力机叶片极限流线分布
        3.3.2 偏航时风力机叶片极限流线分布
    3.4 偏航作用对尾迹流场的影响
        3.4.1.尾迹直径
        3.4.2 风力机叶片尾迹涡分析
        3.4.3 轴向速度亏损
第四章 偏航状态下风力机叶尖涡特性的PIV测试
    4.1 实验设备
        4.1.1 风轮及风洞
        4.1.2 高频PIV设备
        4.1.3 其他设备
    4.2 实验方案
        4.2.1 实验步骤
        4.2.2 实验工况
    4.3 实验结果分析
结论
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果



本文编号：4022569