叶片翼刀对水平轴风力机气动性能的影响
发布时间：2023-05-30 18:25
地球的风能资源储量是非常丰富的,在现如今风力机行业的发展研究过程中我们不难发现,许多研究学者通过各种各样的方式来增大风能利用效率,所以提升整个风轮的气动效率也已经上升为大家迫切需要解决的重点之一。其中备受关注的一个研究方向是在水平轴风力机叶片上添加主动或被动流量控制装置,例如尾缘襟翼、叶尖小翼、涡流发生器等,它们均对水平轴风力机气动特性有良好的改善效果。翼刀最早应用于飞机机翼上,用来抑制飞机机翼上从内翼向外翼的流动分离,以此来增加飞机的安全性能。叶片翼刀结构形式简单,并且对叶片的结构影响很小,因此提出将翼刀应用于水平轴风力机上,以期待它在改善水平轴风力机气动性能上有所帮助。为了研究添加叶片翼刀对水平轴风力机气动特性的影响,本文将应用美国可再生能源实验室公开的NREL 5MW大型水平轴风力机模型作为基础对比模型,通过在基础模型上添加不同位形参数的叶片翼刀,分析它在不同工况下与基础模型相比气动特性的改善。本文主要内容及得出结论如下:首先,对网格无关性以及风力机扭矩计算值与实验值进行了对比验证,以确保数值模拟方法计算的精确程度和准确性在可允许的误差范围内。运用CFD方法对5MW水平轴风力机基...
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 风电行业国内发展现状
1.2.1 国际风电行业发展现状
1.2.2 国内风电行业发展现状
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国内外风力机流量控制技术研究现状
1.3.2 国内外翼刀研究现状
1.4 论文主要研究内容
1.5 本文创新点
第2章 风力机基本理论与计算方法
2.1 风力机基本概念及理论
2.1.1 控制体
2.2 贝兹理论
2.3 叶片翼型基本理论
2.3.1 风力机翼型几何参数
2.3.2 翼型气动理论
2.3.3 叶素理论
2.3.4 动量理论
2.3.5 BEM理论
2.3.6 叶根与叶尖损失修正
2.4 边界层理论
2.5 计算方法
2.5.1 控制方程
2.5.2 k-ωSST湍流模型
2.5.3 Ansys CFX软件介绍
第3章 5MW级风力机叶片气动性能分析
3.1 风力机模型建立
3.1.1 NREL5MW风力机基本几何参数
3.1.2 计算工况
3.2 计算域确定和边界条件设定
3.2.1 计算域确定
3.2.2 边界条件设定
3.3 网格划分和网格无关性验证
3.3.1 计算网格
3.3.2 网格无关性验证
3.4 扭矩验证
3.5 无翼刀风力机气动性能计算结果分析
3.5.1 叶片表面极限流线
3.5.2 叶片根部截面的分离特性分析
3.6 本章小结
第4章 普通翼刀位形参数对风力机气动特性的影响
4.1 普通翼刀位形参数介绍
4.2 气动特性表征参数介绍
4.2.1 风能利用系数
4.2.2 压力系数
4.3 翼刀展向位置对风力机气动特性的影响
4.3.1 展向位置尺寸参数的选取
4.3.2 各展向位置翼刀的气动表征参数对比
4.3.3 各展向位置翼刀的表面极限流线对比
4.3.4 各展向位置翼刀的截面压力分布和分离特性对比
4.4 翼刀高度对风力机气动特性的影响
4.4.1 高度位置尺寸参数的选取
4.4.2 各高度翼刀的气动表征参数对比
4.4.3 各高度翼刀的表面极限流线对比
4.4.4 各高度翼刀的截面压力分布和分离特性对比
4.5 翼刀安装角度对风力机气动特性的影响
4.5.1 安装角度尺寸参数的选取
4.5.2 各安装角度翼刀的气动表征参数对比
4.5.3 各安装角度翼刀的表面极限流线对比
4.5.4 各安装角度翼刀的截面分离特性对比
4.6 本章小结
第5章 翼刀形状和数量对风力机气动特性的影响
5.1 弧形翼刀对风力机气动特性的影响
5.1.1 弧形翼刀的位形尺寸选取
5.1.2 弧形翼刀的气动特性参数对比
5.1.3 弧形翼刀的表面极限流线对比
5.1.4 弧形翼刀的截面压力分布和分离特性对比
5.2 前缘锯齿翼刀对风力机气动特性的影响
5.2.1 前缘锯齿翼刀的计算网格
5.2.2 前缘锯齿翼刀的气动表征参数对比
5.2.3 前缘锯齿翼刀的表面极限流线对比
5.2.4 前缘锯齿翼刀的截面压力分布和分离特性对比
5.3 双翼刀布局对风力机气动特性的影响
5.3.1 双翼刀的计算网格
5.3.2 双翼刀的气动表征参数对比
5.3.3 双翼刀的表面极限流线对比
5.3.4 双翼刀的截面压力分布和分离特性对比
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
本文编号：3824799
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 风电行业国内发展现状
1.2.1 国际风电行业发展现状
1.2.2 国内风电行业发展现状
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国内外风力机流量控制技术研究现状
1.3.2 国内外翼刀研究现状
1.4 论文主要研究内容
1.5 本文创新点
第2章 风力机基本理论与计算方法
2.1 风力机基本概念及理论
2.1.1 控制体
2.2 贝兹理论
2.3 叶片翼型基本理论
2.3.1 风力机翼型几何参数
2.3.2 翼型气动理论
2.3.3 叶素理论
2.3.4 动量理论
2.3.5 BEM理论
2.3.6 叶根与叶尖损失修正
2.4 边界层理论
2.5 计算方法
2.5.1 控制方程
2.5.2 k-ωSST湍流模型
2.5.3 Ansys CFX软件介绍
第3章 5MW级风力机叶片气动性能分析
3.1 风力机模型建立
3.1.1 NREL5MW风力机基本几何参数
3.1.2 计算工况
3.2 计算域确定和边界条件设定
3.2.1 计算域确定
3.2.2 边界条件设定
3.3 网格划分和网格无关性验证
3.3.1 计算网格
3.3.2 网格无关性验证
3.4 扭矩验证
3.5 无翼刀风力机气动性能计算结果分析
3.5.1 叶片表面极限流线
3.5.2 叶片根部截面的分离特性分析
3.6 本章小结
第4章 普通翼刀位形参数对风力机气动特性的影响
4.1 普通翼刀位形参数介绍
4.2 气动特性表征参数介绍
4.2.1 风能利用系数
4.2.2 压力系数
4.3 翼刀展向位置对风力机气动特性的影响
4.3.1 展向位置尺寸参数的选取
4.3.2 各展向位置翼刀的气动表征参数对比
4.3.3 各展向位置翼刀的表面极限流线对比
4.3.4 各展向位置翼刀的截面压力分布和分离特性对比
4.4 翼刀高度对风力机气动特性的影响
4.4.1 高度位置尺寸参数的选取
4.4.2 各高度翼刀的气动表征参数对比
4.4.3 各高度翼刀的表面极限流线对比
4.4.4 各高度翼刀的截面压力分布和分离特性对比
4.5 翼刀安装角度对风力机气动特性的影响
4.5.1 安装角度尺寸参数的选取
4.5.2 各安装角度翼刀的气动表征参数对比
4.5.3 各安装角度翼刀的表面极限流线对比
4.5.4 各安装角度翼刀的截面分离特性对比
4.6 本章小结
第5章 翼刀形状和数量对风力机气动特性的影响
5.1 弧形翼刀对风力机气动特性的影响
5.1.1 弧形翼刀的位形尺寸选取
5.1.2 弧形翼刀的气动特性参数对比
5.1.3 弧形翼刀的表面极限流线对比
5.1.4 弧形翼刀的截面压力分布和分离特性对比
5.2 前缘锯齿翼刀对风力机气动特性的影响
5.2.1 前缘锯齿翼刀的计算网格
5.2.2 前缘锯齿翼刀的气动表征参数对比
5.2.3 前缘锯齿翼刀的表面极限流线对比
5.2.4 前缘锯齿翼刀的截面压力分布和分离特性对比
5.3 双翼刀布局对风力机气动特性的影响
5.3.1 双翼刀的计算网格
5.3.2 双翼刀的气动表征参数对比
5.3.3 双翼刀的表面极限流线对比
5.3.4 双翼刀的截面压力分布和分离特性对比
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
本文编号：3824799
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