开孔对翼型及风力机气动性能影响的研究
发布时间：2021-02-24 07:07
风力机很少运行在设计工况下,要么运行在高风速工况下,要么运行在小风速工况下;当风力机运行在高风速工况下时,翼型上表面会发生流动分离现象,造成翼型失速;当风力机运行在小风速工况下时,翼型的气动性能达不到设计工况的要求。风力机运行时上游风力机产生的叶尖涡会影响下游风力机的气动性能。为了让运行在非设计工况下的风力机能够提高风能转化效率以及减少上游风力机对下游风力机的影响,本文研究了翼型上的两种开孔方式对翼型气动性能的影响,以及了开孔对风力机气动性能的影响。本文的主要工作包括:1、对四种常用的湍流模型进行了筛选,得到了最能表征出翼型实际流场湍流模型;在此基础上,对在S809翼型上下表面同时开孔的开孔几何参数（孔的位置、孔的宽度、孔的斜率）进行了详细的数值模拟研究。研究结果表明:此开孔方式在小攻角下会使得翼型的气动性能降低;而当攻角在12°攻角以后时,此开孔方案会增加翼型的气动性能;当攻角变化时较优的开孔位置也会变化,但孔的宽度和孔的隙斜率对翼型气动性能的影响不会随着攻角的变化而变化。2、通过在翼型前缘和翼型下表面同时开孔的方式来解决低攻角下翼型气动性能低的问题。在0°攻角时,对孔的三个几何参数...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
S系列翼型示意图
DU系列翼型示意图
硕士学位论文5图1.6RIS系列翼型示意图风力机利用叶片将风能转化为电能，叶片的气动性能直接影响风力机的效率。为了获得更高的风能转化效率，需要使翼型具有更高的升力系数和更高的升阻比。根据文献[28]得出风力机机翼应满足以下气动要求:一是高升阻比(Cl/Cd)；二是在风的随机行为中表现良好；三是前缘粗糙度敏感性低。不同的优化技术已经用来设计满足这些条件的翼型[29-32]。然而，很难有一个翼型能够充分满足所有要求。风力机叶片通常运行在大攻角工况下，在叶片的整个吸力面上几乎气流全部分离，导致翼型处在深度失速条件下。叶片表面流动分离的产生，导致叶片升力减小和阻力增大，进一步使得风力机整体噪声和振动增大。为了提高风力机叶片在大迎角下的气动性能，需要简单有效的方法来延缓叶片吸力面的流动分离。为了改变叶片周围气流的流动状态和延迟流动分离，国外已经研究出了许多利用主动或被动流动控制的方法。在主动流动控制方面，Gilarranz等人[33]在NACA0015翼型上雷诺数为896000时，实验研究了合成射流致动器(SJA)对流动分离控制的效果，结果表明：在大攻角下工况，SJA延迟了流动分离且使得翼型最大升力系数增加了80%，而失速攻角从12°增加到18°。YouD等人[34]在NACA0015翼型上进行了湍流分离的大涡模拟，结果证实了Gilarranz等人的实验观察。YenJ等人[35]研究了SJA在降低垂直轴风力机(VAWT)动态失速中的应用。KummerJD等人[36]提出了一种将横流风扇嵌入厚翼内以提高翼型升力和产生推力的方法，数值模拟(CFD)研究表明：风扇产生的吸力效应消除了大迎角下的流动分离，提高了翼型的升力系数。Blaylock等人[37]比较了两种主动流动控制技术的效果，包括微翼片和微射流在NACA0012机翼上的应用，结果表明：两种方法均可提高升?
【参考文献】：
期刊论文
[1]加装叶片涡流发生器对变桨距风力机功率的影响[J]. 杨瑞,马超善,方亮,田楠,郭瑞,郝宗卿. 兰州理工大学学报. 2019(06)
[2]风剪切来流下风力机流场特性与风轮气动载荷研究[J]. 张旭耀,杨从新,李寿图,郜志腾,罗颂. 太阳能学报. 2019(11)
[3]定桨距风力发电机组叶片加装涡流发生器性能提升研究[J]. 杨劲,谢伟,张伟,王寿福,杨松圣. 机电工程技术. 2019(10)
[4]基于高频PIV的偏航对风力机叶片尾迹膨胀和叶尖涡耗散影响[J]. 马剑龙,李学彬,吕文春,霍德豪,吴雨晴,汪建文. 农业工程学报. 2019(11)
[5]叶尖小翼对风力机气动性能的影响分析[J]. 陶维翔. 分布式能源. 2019(02)
[6]涡流发生器对不同弦长风力机翼型气动性能的影响[J]. 龚玉祥,周晓亮,程明哲. 西华大学学报(自然科学版). 2018(05)
[7]多段翼型缝翼流动速度的定常和非定常特性研究[J]. 焦予秦,熊楠. 应用力学学报. 2018(03)
[8]风力机叶片三角襟翼构型及气动特性数值研究[J]. 陈志刚,李焜林,杨波,李茂东,卢绪祥. 动力工程学报. 2018(04)
[9]风力机翼型表面V型脊状结构减阻特性的数值研究[J]. 张立栋,林柯妍,赵欣,马丽娇,李少华,张玲. 中国电机工程学报. 2018(17)
[10]涡发生器参数对风力机翼型性能影响实验研究[J]. 张惠,赵宗德,周广鑫,康顺. 太阳能学报. 2017(12)
硕士论文
[1]带涡发生器和尾缘锯齿的风力机翼型气动性能数值模拟研究[D]. 许雅苹.华北电力大学(北京) 2019
[2]基于叶尖小翼的大型风力机增功研究[D]. 陈恺.南京航空航天大学 2019
[3]叶尖小翼对水平轴风力机尾迹恢复的影响[D]. 刘钊.内蒙古工业大学 2018
[4]叶尖小翼对轴流风机气动性能的影响研究[D]. 隽智辉.华中科技大学 2017
[5]风电叶片及翼型安装涡流发生器气动特性实验研究[D]. 薛丁云.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2016
[6]涡流发生器参数对风力机叶片气动特性影响的数值模拟研究[D]. 何政洋.重庆大学 2016
[7]叶尖小翼对风力机流场及振动特性的影响研究[D]. 王龙.湘潭大学 2015
[8]加装涡流发生器风力机叶片的气动性能研究[D]. 焦建东.华北电力大学 2014
本文编号：3048990
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
S系列翼型示意图
DU系列翼型示意图
硕士学位论文5图1.6RIS系列翼型示意图风力机利用叶片将风能转化为电能，叶片的气动性能直接影响风力机的效率。为了获得更高的风能转化效率，需要使翼型具有更高的升力系数和更高的升阻比。根据文献[28]得出风力机机翼应满足以下气动要求:一是高升阻比(Cl/Cd)；二是在风的随机行为中表现良好；三是前缘粗糙度敏感性低。不同的优化技术已经用来设计满足这些条件的翼型[29-32]。然而，很难有一个翼型能够充分满足所有要求。风力机叶片通常运行在大攻角工况下，在叶片的整个吸力面上几乎气流全部分离，导致翼型处在深度失速条件下。叶片表面流动分离的产生，导致叶片升力减小和阻力增大，进一步使得风力机整体噪声和振动增大。为了提高风力机叶片在大迎角下的气动性能，需要简单有效的方法来延缓叶片吸力面的流动分离。为了改变叶片周围气流的流动状态和延迟流动分离，国外已经研究出了许多利用主动或被动流动控制的方法。在主动流动控制方面，Gilarranz等人[33]在NACA0015翼型上雷诺数为896000时，实验研究了合成射流致动器(SJA)对流动分离控制的效果，结果表明：在大攻角下工况，SJA延迟了流动分离且使得翼型最大升力系数增加了80%，而失速攻角从12°增加到18°。YouD等人[34]在NACA0015翼型上进行了湍流分离的大涡模拟，结果证实了Gilarranz等人的实验观察。YenJ等人[35]研究了SJA在降低垂直轴风力机(VAWT)动态失速中的应用。KummerJD等人[36]提出了一种将横流风扇嵌入厚翼内以提高翼型升力和产生推力的方法，数值模拟(CFD)研究表明：风扇产生的吸力效应消除了大迎角下的流动分离，提高了翼型的升力系数。Blaylock等人[37]比较了两种主动流动控制技术的效果，包括微翼片和微射流在NACA0012机翼上的应用，结果表明：两种方法均可提高升?
【参考文献】：
期刊论文
[1]加装叶片涡流发生器对变桨距风力机功率的影响[J]. 杨瑞,马超善,方亮,田楠,郭瑞,郝宗卿. 兰州理工大学学报. 2019(06)
[2]风剪切来流下风力机流场特性与风轮气动载荷研究[J]. 张旭耀,杨从新,李寿图,郜志腾,罗颂. 太阳能学报. 2019(11)
[3]定桨距风力发电机组叶片加装涡流发生器性能提升研究[J]. 杨劲,谢伟,张伟,王寿福,杨松圣. 机电工程技术. 2019(10)
[4]基于高频PIV的偏航对风力机叶片尾迹膨胀和叶尖涡耗散影响[J]. 马剑龙,李学彬,吕文春,霍德豪,吴雨晴,汪建文. 农业工程学报. 2019(11)
[5]叶尖小翼对风力机气动性能的影响分析[J]. 陶维翔. 分布式能源. 2019(02)
[6]涡流发生器对不同弦长风力机翼型气动性能的影响[J]. 龚玉祥,周晓亮,程明哲. 西华大学学报(自然科学版). 2018(05)
[7]多段翼型缝翼流动速度的定常和非定常特性研究[J]. 焦予秦,熊楠. 应用力学学报. 2018(03)
[8]风力机叶片三角襟翼构型及气动特性数值研究[J]. 陈志刚,李焜林,杨波,李茂东,卢绪祥. 动力工程学报. 2018(04)
[9]风力机翼型表面V型脊状结构减阻特性的数值研究[J]. 张立栋,林柯妍,赵欣,马丽娇,李少华,张玲. 中国电机工程学报. 2018(17)
[10]涡发生器参数对风力机翼型性能影响实验研究[J]. 张惠,赵宗德,周广鑫,康顺. 太阳能学报. 2017(12)
硕士论文
[1]带涡发生器和尾缘锯齿的风力机翼型气动性能数值模拟研究[D]. 许雅苹.华北电力大学(北京) 2019
[2]基于叶尖小翼的大型风力机增功研究[D]. 陈恺.南京航空航天大学 2019
[3]叶尖小翼对水平轴风力机尾迹恢复的影响[D]. 刘钊.内蒙古工业大学 2018
[4]叶尖小翼对轴流风机气动性能的影响研究[D]. 隽智辉.华中科技大学 2017
[5]风电叶片及翼型安装涡流发生器气动特性实验研究[D]. 薛丁云.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2016
[6]涡流发生器参数对风力机叶片气动特性影响的数值模拟研究[D]. 何政洋.重庆大学 2016
[7]叶尖小翼对风力机流场及振动特性的影响研究[D]. 王龙.湘潭大学 2015
[8]加装涡流发生器风力机叶片的气动性能研究[D]. 焦建东.华北电力大学 2014
本文编号：3048990
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