本文關(guān)鍵詞：風(fēng)力機(jī)鈍尾緣翼型三維流動特性的研究

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【摘要】：隨著風(fēng)力機(jī)朝著大型化發(fā)展,葉片氣動特性與結(jié)構(gòu)性能的矛盾日益突出。鈍尾緣葉片結(jié)構(gòu)及氣動綜合性能的優(yōu)勢為解決我國多低風(fēng)速區(qū)、多高原風(fēng)場及臺風(fēng)多發(fā)等特殊的風(fēng)資源環(huán)境問題提供了一種有效方法。相對于常規(guī)翼型,由于尾緣形狀的改變,鈍尾緣翼型的氣動特性將產(chǎn)生較大變化,尤其是三維特性目前尚缺乏充足的研究結(jié)果。BEM方法是目前葉片設(shè)計(jì)使用最廣泛的一種方法,而該方法的準(zhǔn)確性依賴于翼型的氣動數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,因此研究鈍尾緣翼型的三維特性對鈍尾緣葉片的外形設(shè)計(jì)意義重大。為研究鈍尾緣翼型的三維特性,作者以課題組設(shè)計(jì)開發(fā)的100 kW鈍尾緣葉片為對象,分別采用CFD方法、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)、反BEM方法,開展了以下工作：首先,利用風(fēng)場實(shí)驗(yàn)結(jié)果及BEM設(shè)計(jì)結(jié)果驗(yàn)證CFD方法模擬鈍尾緣葉片的可靠性,并對CFD結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析,結(jié)果表明,該鈍尾緣葉片根部存在明顯的展向流動,槳距角為0°時,尖速比越小,三維效應(yīng)越明顯；與相對應(yīng)的100kW尖尾緣葉片進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)鈍尾緣葉片氣動性能與尖尾緣葉片氣動性能有明顯差別,鈍尾緣葉片最優(yōu)功率系數(shù)比尖尾緣葉片高6.64%。其次,開展風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究鈍尾緣翼型的升阻力特性,同時驗(yàn)證二維數(shù)值模擬方法模擬鈍尾緣翼型的可靠性。作者對相對厚度為25%,尾緣厚度不同的DU91-W2-250、DU91-W2-250_6 和 DU91-W2-250_10三種翼型進(jìn)行了風(fēng)洞實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明：三種翼型均具有良好的氣動特性；對于采用保證相對厚度不變,對翼型尾緣進(jìn)行非對稱加厚的鈍尾緣翼型而言,尾緣厚度增加,翼型升力系數(shù)、最大升力系數(shù)及阻力系數(shù)均增大,失速延遲。此外,分別采用CFD、Rfoil兩種方法計(jì)算了翼型的升阻力系數(shù),通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比發(fā)現(xiàn),CFD模擬比Rfoil計(jì)算更符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果,尾緣厚度對翼型升阻力特性的影響的結(jié)論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,驗(yàn)證了二維CFD方法的可靠性。最后,利用反BEM方法從100 kW鈍尾緣葉片三維計(jì)算結(jié)果中獲得葉片根部不同展向位置的鈍尾緣翼型的三維流場信息,并與二維計(jì)算得到的翼型氣動性能及流動特性進(jìn)行對比分析。作者從不同方面分析了翼型三維氣動性能與二維氣動性能的異同,結(jié)果表明,鈍尾緣翼型應(yīng)用于葉片內(nèi)側(cè),其氣動性能優(yōu)于相同厚度的尖尾緣翼型；從葉片三維計(jì)算獲得的翼型氣動性能優(yōu)于二維計(jì)算。此外,作者還對葉片流動控制方程各項(xiàng)進(jìn)行了量級分析,經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)葉片根部存在的明顯展向流動與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的邊界層方程中的對流項(xiàng)、科氏力項(xiàng)及離心力項(xiàng)直接相關(guān),是造成從葉片三維計(jì)算獲得的葉片根部翼型的三維氣動特性明顯有別于二維計(jì)算得到的翼型氣動性能的主要原因,此種差異還與翼型展向位置、攻角關(guān)系密切。
【關(guān)鍵詞】：鈍尾緣葉片 數(shù)值模擬 鈍尾緣翼型 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn) 旋轉(zhuǎn)效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 第1章 緒論16-26
• 1.1. 研究背景及意義16-19
• 1.2. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀19-23
• 1.2.1. 風(fēng)力機(jī)葉片研究現(xiàn)狀19-20
• 1.2.2. 風(fēng)力機(jī)翼型研究現(xiàn)狀20-22
• 1.2.3. 鈍尾緣翼型三維氣動特性研究現(xiàn)狀22-23
• 1.3. 論文主要工作內(nèi)容23-26
• 第2章 研究方法介紹26-38
• 2.1. 研究方法的發(fā)展26-27
• 2.2. CFD基礎(chǔ)27-29
• 2.2.1. 流動控制方程27
• 2.2.2. Spalart-Allmaras湍流模型27-28
• 2.2.3. 湍流模型對網(wǎng)格的要求28-29
• 2.3. 翼型三維數(shù)據(jù)獲取方法29-30
• 2.4. 實(shí)驗(yàn)30-36
• 2.4.1. 風(fēng)洞30-31
• 2.4.2. 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>31
• 2.4.3. 實(shí)驗(yàn)裝置31-34
• 2.4.4. 數(shù)據(jù)采集及處理34-36
• 2.5. 小結(jié)36-38
• 第3章 100kW鈍尾緣葉片氣動性能38-52
• 3.1. 100kW鈍尾緣風(fēng)力機(jī)葉片簡介38
• 3.2. 葉片造型38-39
• 3.3. 計(jì)算方案39-41
• 3.3.1. 數(shù)值方法39-40
• 3.3.2. 計(jì)算工況40-41
• 3.4. 計(jì)算結(jié)果41-46
• 3.4.1. CFD計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證41-43
• 3.4.2. 100kW鈍尾緣葉片氣動特性43-46
• 3.5. 鈍尾緣葉片與尖尾緣葉片的對比46-50
• 3.5.1. 總體氣動性能對比46-48
• 3.5.2. 葉片流場對比48-49
• 3.5.3. 葉根處翼型氣動性能對比49-50
• 3.6. 小結(jié)50-52
• 第4章 鈍尾緣翼型二維氣動特性研究52-66
• 4.1. 引言52
• 4.2. 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證52-56
• 4.2.1. 圓柱實(shí)驗(yàn)52-55
• 4.2.2. 重復(fù)性實(shí)驗(yàn)55-56
• 4.3. 二維翼型CFD計(jì)算方案56
• 4.4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析56-59
• 4.5. 實(shí)驗(yàn)、Rfoil、CFD結(jié)果對比59-64
• 4.5.1. 不同研究方法獲得翼型氣動性能的差異59-61
• 4.5.2. 不同研究方法下,尾緣厚度對翼型性能產(chǎn)生的影響61-64
• 4.6. 小結(jié)64-66
• 第5章 鈍尾緣翼型三維氣動特性研究66-84
• 5.1. 引言66
• 5.2. 三維流動攻角獲取66-70
• 5.3. 翼型計(jì)算方案70-71
• 5.4. 氣動參數(shù)分析71-75
• 5.5. 流場分析75-76
• 5.6. 理論分析76-82
• 5.6.1. 三維不可壓縮邊界層方程76-77
• 5.6.2. 三維不可壓縮邊界層方程各項(xiàng)量級分析77-82
• 5.7. 小結(jié)82-84
• 第6章 結(jié)論與展望84-86
• 6.1. 論文完成的主要工作84-85
• 6.2. 展望85-86
• 參考文獻(xiàn)86-90
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與獲獎情況90-92
• 致謝92-94
• 附錄94-97

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 李秋悅;申振華;;翼型進(jìn)行鈍尾緣修改后氣動性能的數(shù)值研究[J];沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報;2007年01期

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5 馬林靜;陳江;杜剛;曹人靖;;風(fēng)力機(jī)翼型氣動特性數(shù)值模擬[J];太陽能學(xué)報;2010年02期

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本文編號：535179