为了研究风电叶片后期加热除冰改造过程中从叶片表面走线对叶片气动性能的影响,该文基于NACA4412翼型,使用二维计算仿真的方式模拟了在翼型表面不同位置走线方式对翼型气动性能的影响。先用Profili导出的翼型几何数据和升阻扭力系数等基础数据,再使用ANSYS-FLUENT进行仿真计算,将计算结果与Profili结果进行对比,验证所建翼型计算模型;修改几何数据,建立凸点,使用建立的仿真模型对含凸点的翼型进行计算。结果表明:风电叶片后期加热除冰改造从吸力侧近后缘走线对翼型气动性能影响最小,从前缘走线影响最大。

以NREL S809为原始翼型,采用数值模拟方法得到不同雷诺数下各弹片角度对翼型气动性能的影响,并利用功率谱分析非定常流场气动参数的波动情况。结果表明:在不同雷诺数下,改善翼型气动性能的最佳弹片角度与攻角均近似呈线性关系;与低雷诺数相比,高雷诺数下流体对翼型表面有更强的贴附能力,使得对应攻角下最佳弹片的角度更小;高雷诺数时,在各攻角下弹片改善翼型气动参数波动的能力均较强,而低雷诺数时其能力明显减弱。

中国西北地区风能资源丰富,然而该地区经常遭受沙尘天气的侵袭。风力机在强风沙环境下运行,其气动性能难免会受到沙尘的影响,并且其叶片会受到比较严重的磨损,导致机组的出力明显下降。翼型作为风力机叶片的基本组成单元,沙尘颗粒对翼型的绕流和气动特性的影响研究显得尤为必要。该文利用雷诺平均Navier-Stokes方程-大涡模拟(large eddy simulation)混合方法中的延迟分离涡模拟方法,模拟了NREL S809翼型在风沙环境下的流动特性,将不同颗粒直径条件下翼型周围的绕流情况和翼型的气动性能进行了对比,研究了空气中的颗粒对风力机翼型绕流及其气动性能的影响规律。结果表明,6.1?攻角时,颗粒对翼型绕流和升力系数的影响较小,但仍会使翼型的升力系数略微降低。随着颗粒直径的增大,翼型的升力系数先减小再增大,其中颗粒直径为20μm时达到最小值。当颗...

为研究三角襟翼对风力机叶片翼型气动特性的影响,将三角襟翼加至NACA4412翼型尾缘,建立其二维襟翼计算模型,基于CFD数值模拟方法分析不同宽度和长度的三角襟翼在0°~18°攻角范围内的气动特性,得到了各攻角下升阻力系数、升阻比及翼型壁面压强分布曲线。结果表明:增加襟翼长度,使得翼型升阻比减小,失速攻角提前,增加襟翼宽度,使得翼型升阻比增大,失速攻角延后,因此适当减小三角襟翼的长度和增加其宽度有助于提高翼型的气动特性,将翼型尾缘5%部分作为空间生成襟翼,与传统襟翼相比,节省了制造材料和空间。

以NACA0012为基准翼型,生成C型结构网格,采用SA湍流模型求解NS方程,获得基准翼型压力分布数值模拟结果。找出翼型上表面前缘低压区域和后缘高压区域,在两个区域进行开孔,让后缘高压区域气流通过导流管引流到前缘区域,加速翼型上表面气流流动,增大翼型速度环量。通过基准翼型与开孔翼型气动特性对比分析可知:小迎角下,基于压力分布的开孔翼型阻力系数略有增大,但能有效提高翼型的升力系数。

为了研究不同湍流模型对风力机翼型气动性能模拟的影响,以风力机专用翼型DU97-W-300为研究对象,使用网格划分软件GAMBIT对翼型流场区域进行划分网格,采用FLUENT16.2对翼型进行气动性能分析,比较全湍流S-A模型及带转捩修正的Transition SST模型的模拟结果。研究结果表明,S-A模型计算的升力系数更接近实验值,T-SST模型在小攻角时计算的阻力系数与实验值基本一致,大攻角时有一定误差,但趋势都与试验结果相同。研究结果对风力机翼型的气动性能分析具有一定的参考价值和指导意义。

尾缘襟翼(TEF)因其对翼型气动特性的调控能力,被认为是降低叶片疲劳和局部载荷最具可行性的气动控制部件。对TEF进行建模,采用Xfoil和CFD软件分析了TEF对翼型气动特性的影响及其机理,并从叶素理论角度对变化来流下TEF的减载效果进行了验证,结果表明:TEF位于不同摆角时翼型升阻力系数均有不同程度的变化,TEF可有效实现对翼型气动特性的主动控制;TEF摆动改变了翼型表面的静压分布和流动状态,进而对翼型升阻力和失速攻角产生影响;TEF可快速有效降低风速突然增加后的叶素受力,进而控制并减小叶片载荷。

针对风力机叶片翼型在-180°~180°之间的气动数据准确性和完备性不高且难以获取的问题,提出采用Xfoil6.99和Profili2.21两个专业软件分别获得小迎角下风力机叶片翼型气动系数,然后求和求平均值得到了新的翼型气动数据,再通过AirfoilPrep-v2p2程序将气动数据扩展到迎角在-180°~180°范围内。通过数据分析得到了升力系数、阻力系数和力矩系数的变化规律,这为翼型的优化设计提供了重要的理论支持。

首先采用SIMPLE、SIMPLEC、PISO、Coupled算法对NACA0012翼型进行气动性能计算,并比较计算结果,得出Coupled算法能够准确反映翼型的气动性能;然后利用统计试验中的均匀试验方法对Coupled算法的主要参数进行多次试验,确定了其中对结果影响最大的参数为PE-RF(Pressure Explicit Relaxation Factors),表明了通过改进算法的参数可以实现更好的收敛特性,以及更准确的数值模拟值;最后利用NACA2412翼型验证算法参数设置的准确性。结果表明,应用改进的Coupled算法可以准确预测翼型的气动性能,并为以后的气动性能计算提供依据。

在西北工业大学NF-3风洞二元实验段内对两种风扇翼型的气动性能进行了对比实验研究,实验采用表面测压和尾排型阻测量技术。结果表明在风扇的工作范围内,新设计的风扇翼型的升阻比要比传统的风扇翼型增大20%左右;通过两翼型翼面弦向压力分布特性的比较,可以推知,前者的气动噪声将会比后者小。