風(fēng)力機實際運行時多處于湍流之中,湍流的存在將對風(fēng)力機氣動性能產(chǎn)生顯著影響。風(fēng)力機葉片是由無數(shù)翼型截面組合而成的,因此對湍流中風(fēng)力機翼型氣動特性的研究具有十分重要的意義。本文采用Fluent計算軟件,選擇大渦模擬(LES)計算方法對同濟大學(xué)6×5×05型格柵流場進(jìn)行數(shù)值計算,將計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,驗證計算方法可行性。結(jié)果表明,格柵湍流場的湍流強度分布情況吻合較好,該計算方法適用于對格柵湍流場的預(yù)測。基于該方法對揚州大學(xué)4×8×03型格柵流場進(jìn)行預(yù)測,計算結(jié)果表明,在距離格柵1～2 m位置處可以獲得大約8%～10%的湍流強度,符合湍流工況翼型試驗要求。在風(fēng)洞中采用熱線風(fēng)速儀對五種不同形式的格柵流場進(jìn)行試驗研究。結(jié)果表明,風(fēng)速對格柵流場湍流強度和積分尺度的影響很小,流場中湍流強度是隨距離的增大而變小,湍流積分尺度變化趨勢與之相反;當(dāng)格柵柵條間距變化時湍流強度變化較小,柵條寬度變寬時會使湍流強度和積分尺度顯著增加,加裝橫向柵條會使湍流強度增大積分尺度減小。從湍流功率譜密度角度對典型格柵流場進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),風(fēng)洞實測功率譜與Karman譜吻合較好,湍流功率譜密度隨著格柵距離的增加而變小,隨著湍流強度和來流風(fēng)速的增大而變大,不同方向脈動風(fēng)功率譜特性變化規(guī)律相同。在風(fēng)洞中對DTU-LN221翼型進(jìn)行不同湍流工況的氣動特性試驗研究。研究結(jié)果表明,湍流強度小于0.5%時,雷諾數(shù)從5.0×10~5變化到1.4×10~6,升力系數(shù)變化很小,阻力系數(shù)逐漸減小,導(dǎo)致最大升阻比隨著雷諾數(shù)增大而增大;在湍流強度大于9%時,雷諾數(shù)對翼型氣動性能影響很小。對比不同湍流工況翼型氣動特性發(fā)現(xiàn),在湍流強度大于9%時翼型的失速攻角從12.4°推遲至17.4°,升力系數(shù)有明顯提升,在湍流強度為19%時最大升力系數(shù)高達(dá)1.953;阻力系數(shù)也隨著湍流強度的增大而增大,力矩系數(shù)與之相反,升阻比在主要攻角區(qū)隨著湍流強度的增大而顯著下降。通過對湍流強度相近,湍流積分尺度相差較大的工況比較發(fā)現(xiàn),來流湍流的積分尺度越大,最大升力系數(shù)越大,阻力系數(shù)也變大,而升阻比變小。翼型升力系數(shù)的脈動隨攻角的增大而增大,在失速區(qū)最為明顯。綜合而言,翼型氣動性能會在高湍流強度大積分尺度來流工況顯著降低。從翼型表面壓力系數(shù)分布來看,湍流對翼型氣動特性的影響主要歸因于湍流改變了翼型表面的流動狀態(tài),推遲了流動分離的發(fā)生。
【學(xué)位單位】：揚州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM315;O357.5
【部分圖文】：

數(shù)據(jù)來源：ＣＷＥＡ??圖１．１?２００８年至２０１７年中國新增和累計風(fēng)電裝機容量（數(shù)據(jù)來源：ＣＷＥＡ）⑴??我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅猛，尤其是本世紀(jì)以來，我國的風(fēng)力發(fā)電機組裝機??量增長迅速，并于２０１０年開始總裝機容量超越美國，成為全球風(fēng)力發(fā)電機組裝機容量第??

時間（Ｓ）??圖２．１典型湍流脈動風(fēng)速變化??湍流指的是短時間內(nèi)的風(fēng)速變化，如圖２．１為典型湍流脈動風(fēng)速變化。湍流的產(chǎn)生主??要有兩個原因：一個是由于地表地貌不同導(dǎo)致的氣流流動與地表之間的“摩擦”；另一個是??由于空氣密度不同和溫度變化的熱效應(yīng)造成空氣團垂直方向上的運動。通常這兩種作用是??相互關(guān)聯(lián)的。??湍流運動是一個復(fù)雜多變的過程，且不能用簡單明確的數(shù)學(xué)方程來描述它，目前主要??研究湍流的統(tǒng)計特性。對于湍流結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計描述有很多，本文主要介紹常用的湍流強度、??湍流積分尺度以及湍流功率譜密度函數(shù)。??２．１．１湍流強度??湍流強度是用來衡量湍流脈動程度的，反映脈動風(fēng)速的相對強度。湍流強度是由地表??的粗糙度和高度決定的，且受到地貌特征的影響。??

圖２．４湍流強度對翼型氣動特性的影響??
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本文編號：2866430