發(fā)布時間：2020-05-20 11:41

【摘要】：水平軸風力機大多工作在高寒、沿海等環(huán)境惡劣的地區(qū),經(jīng)常會遇到雨、雪等極端天氣,此時葉片表面會出現(xiàn)結冰現(xiàn)象。結冰會改變葉片的氣動外形并增大表面粗糙度,使葉片的升力系數(shù)降低,阻力系數(shù)增加,從而導致輸出功率降低。鑒于外部處理方法的局限性,利用優(yōu)化設計降低結冰對葉片氣動性能的影響,成為目前風力機葉片表面防除冰研究的熱點。本文以升力系數(shù)和升阻比最大為優(yōu)化目標,提出表面粗糙鈍尾緣翼型多目標優(yōu)化方法;應用數(shù)學降維思想,提出通過擬合葉展方向多個截面冰形獲得葉片表面霜冰冰形的新方法(BRISF);針對霜冰條件下翼型進行鈍尾緣優(yōu)化設計,進而采用BRISF方法獲得具有霜冰冰形的鈍尾緣葉片,并研究其輸出功率、流場特性等。主要研究工作及成果如下:(1)利用翼型型線集成理論與B樣條曲線,建立鈍尾緣翼型型線控制方程組;采用凸臺模擬粗糙度,利用粒子群算法耦合XFOIL軟件對表面粗糙鈍尾緣翼型進行多目標優(yōu)化設計,并計算優(yōu)化前后翼型的流場特性、氣動性能、粗糙度敏感性。結果表明:表面粗糙鈍尾緣翼型優(yōu)化后,具有較低的粗糙度敏感性;鈍尾緣對吸力面氣流產(chǎn)生阻擋作用,改善了翼型表面壓力分布,使氣動性能明顯提升。(2)針對三種不同步長方式,利用線性插值方法進行翼型冰形的擬合,提出翼型霜冰冰形形成方法(LIEEAS);并基于該方法和降維思想,將沿葉片展向多個截面結冰形狀關鍵點坐標分別映射在擺振與揮舞面內,利用多項式擬合獲得葉片霜冰冰形;分別定性和定量研究LIEEAS和BRISF方法的可靠性。結果表明:BRISF方法與FENSAP數(shù)值模擬所得冰形基本一致;LIEEAS與實驗結果、BRISF與FENSAP結果的總體殘差平方和均較小,數(shù)量級僅為10-4或10-5。(3)結合LIEEAS方法,利用粒子群算法耦合GAMBIT和FLUENT軟件,對霜冰條件下的鈍尾緣翼型進行優(yōu)化設計,并對比研究優(yōu)化前后翼型的氣動性能及流場特性。結果表明:霜冰鈍尾緣翼型優(yōu)化后,升力系數(shù)增加且失速延遲,上下翼面壓差增大,氣動性能得到明顯改善。(4)基于優(yōu)化得到的霜冰條件下鈍尾緣翼型,利用BRISF方法建立霜冰鈍尾緣葉片,并對比分析干凈葉片和霜冰尖、鈍尾緣葉片的轉矩、輸出功率、流場特性等。結果表明:相比干凈葉片,霜冰尖尾緣葉片的輸出功率和氣動性能均降低;霜冰鈍尾緣葉片的輸出功率及氣動性能優(yōu)于霜冰尖尾緣葉片。
【圖文】：

球第一大能源生產(chǎn)和消費國，生產(chǎn)和生活高度依賴煤、能源消耗的比重遠遠高于發(fā)達國家。不合理的能源生程中所產(chǎn)生的污染物排放，特別是中國使用的煤炭大的大量的二氧化硫會排放到大氣中，造成環(huán)境污染。逡逑污染環(huán)境下，，風能的開發(fā)和利用受到更廣泛的關注和范圍廣、儲存量大，清潔無污染的優(yōu)勢受到很多國家發(fā)價值。逡逑能資源豐富，主要分布在西北、東北、華北以及高山冷環(huán)境的影響，風力機在運行過程中會遇到葉片、機艙的氣動性能降低，降低風能利用率，同時，會使葉片動頻率增大，甚至會危害人生安全。因此，研究合理、行工況下風力機葉片結冰后的氣動性能與結構特性，點。逡逑

邐Ｌ－１邋３邐－３邋｝Ｊ邋６Ｐ（１）＇－４Ｐ２＇－＾＇逡逑利用平移翼型前緣指定位置坐標的方法，在吸力面指定位置處添加一個高逡逑Ａ、寬／的凸臺，如圖２－１所示，平移坐標表達式為：逡逑１０逡逑
【學位授予單位】：天津工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TK83

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本文編號：2672568