發(fā)布時間：2021-04-12 14:11

　　風電機組復雜的運行環(huán)境導致風電葉片表面存在明顯的流動分離現(xiàn)象,流動分離的產(chǎn)生導致氣動力失速現(xiàn)象的頻繁發(fā)生,一方面,嚴重影響風電葉片氣動力性能,降低風電機組發(fā)電效率,另一方面,由于葉片表面的分離渦周期性地脫落,引起葉片運行過程中振動的發(fā)生,嚴重影響風電機組整體運行的穩(wěn)定性。風力機翼型作為葉片氣動力性能的核心元素,亟需采用有效的流動分離控制方法,抑制風力機翼型表面的流動分離,改善風力機翼型氣動力性能。凹凸前緣方法作為一種新型的被動控制方法,能夠有效地抑制流動分離,改善失速特性,提高翼型整體氣動力性能。本文將凹凸前緣方法應用于風力機翼型,通過氣動力與流場實驗,以及數(shù)值計算相結合的方法,分析凹凸前緣方法對風力機翼型靜態(tài)與動態(tài)氣動力性能的改善作用,并對仿鯨魚鰭風力機翼型的平均特性與波動特性進行分析,并構建仿生翼型流場特征的�；椒�,對流動分離控制機理展開研究。首先,通過氣動力實驗發(fā)現(xiàn)凹凸前緣結構能夠有效地提高風力機翼型靜態(tài)氣動力性能,并改善氣動力失速特性。在此基礎上,開展了凹凸前緣翼型表面粗糙度的敏感性分析,表面粗糙度對風力機翼型氣動力性能產(chǎn)生較大影響,受到表面粗糙度影響的風力機翼型靜態(tài)氣動力性... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：166 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

016-2020年全球風電新增和累計裝機容量及預測

第1章緒論3圖1.2風電機組復雜運行大氣環(huán)境Figure1.2Thecomplexoperatingatmosphericenvironmentofwindturbines葉片表面的流動分離導致葉片在旋轉(zhuǎn)運行過程中出現(xiàn)明顯的氣動力失速現(xiàn)象，并且風電機組在偏航、陣風以及風剪切等特殊工況下運行時，葉片的實際運行攻角發(fā)生周期性的復雜變化，導致動態(tài)失速現(xiàn)象的頻繁發(fā)生[7]。動態(tài)失速的發(fā)生是引起風電葉片產(chǎn)生氣動力載荷變化的主要原因之一，嚴重影響風電葉片的疲勞壽命[8,9]。風力機葉片作為風電機組風能捕獲的核心部件，流動分離的發(fā)生導致葉片氣動力性能的嚴重惡化，氣動力失速的發(fā)生一方面將使風電機組的運行性能和發(fā)電效率降低，另一方面，由于葉片表面的分離渦周期性地脫落，會引發(fā)葉片運行過程中振動的發(fā)生，嚴重影響風電機組整體運行的穩(wěn)定性，長期受振動影響甚至會造成機組本身的破壞和安全事故。風力機翼型作為葉片氣動力性能的核心元素，亟需采用有效的流動分離控制方法，抑制風力機翼型表面的流動分離，改善翼型氣動力失速特性，進而提高翼型氣動性能，最終實現(xiàn)對風力機葉片氣動力性能的提高，促進風電機組高效、可靠的運行。1.1.3流動控制方法介紹流動控制方法的開發(fā)與研究在各個機械領域受到廣泛的關注，通過流動控制方法的應用實現(xiàn)抑制流動分離，延緩轉(zhuǎn)捩發(fā)生的作用，進而實現(xiàn)對不同種類葉片升力的提高以及阻力的下降，此外，流動分離控制也具有抑制湍流與噪聲產(chǎn)生的作用[10,11]。目前，對于翼型的流動分離控制方法主要有主動控制與被動控制兩大類：（1）主動控制方法主動控制方法主要通過將外部的能量引入至流體當中，通過增加流體本身的

第1章緒論5圖1.3座頭鯨凹凸前緣胸鰭Figure1.3Pectoralfinofhumpbackwhale近些年，凹凸前緣方法作為一種新型的被動控制方法，在國內(nèi)外引起了廣泛的關注，許多研究學者對其流動控制效果開展了相關的研究。根據(jù)相關的實驗研究發(fā)現(xiàn)，凹凸前緣能夠起到較多的流動控制作用，除了有效地改善翼型失速特性以外，在一定的攻角范圍內(nèi)，能夠提高升力、減小阻力，并且在降噪方面同樣具有一定的作用[27-29]，因此，具有較好的應用前景，在許多旋轉(zhuǎn)機械領域開展了廣泛的研究工作，例如如風力機[30-36]、潮汐渦輪機[37,38]、船用部件[39,40]、微型飛行器[41,42]、壓縮機[43,44]等。1.2凹凸前緣流動控制方法介紹1.2.1凹凸前緣對氣動力性能控制效果凹凸前緣對翼型氣動力性能的影響主要分為三方面：失速前區(qū)，失速區(qū)以及失速后區(qū)，其中失速區(qū)與失速后區(qū)是凹凸前緣產(chǎn)生明顯氣動力性能改善作用的區(qū)域；此外，凹凸前緣也具有一定的降噪、減阻效果。（1）失速前區(qū)性能影響對于失速前區(qū)，翼型表面的流動狀態(tài)以層流或是轉(zhuǎn)捩過程為主，凹凸前緣對翼型氣動力性能所產(chǎn)生的影響并不明顯。通過相關的研究發(fā)現(xiàn)，在特定條件下當層流流動中產(chǎn)生明顯的分離泡時，凹凸前緣對層流邊界層當中的分離泡會產(chǎn)生明顯的影響。Hansen[45]通過實驗發(fā)現(xiàn)，層流邊界層中的分離泡可以有效地增加翼型本身的升力，并且對阻力產(chǎn)生較小的影響，實驗結果發(fā)現(xiàn)凹凸前緣翼型同樣產(chǎn)生明顯的邊界層分離泡，有效的提高了翼型本身的升力系數(shù)，但是，凹凸前緣翼型產(chǎn)生的升力值小于前緣光滑翼型的升力，并且對于特定結構參數(shù)（A8λ30）的凹凸前緣翼型，產(chǎn)生的阻力明顯升高，如圖1.4所示。

【參考文獻】：
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本文編號：3133438