为提高翼型气动性能,提出一种仿生翅片翼型.以NACA0018为例,在翼型吸力面布置固定仿生翅片翼,分析翅片翼的相对位置、相对长度结构参数及两者综合效应对仿生翅片翼改变翼型气动特性的能力的影响,并从流场角度分析仿生翅片翼的作用机理.数值计算结果表明:以翅片翼的最佳控制效果作为衡量标准,靠近前缘处翅片翼对大分离流动效果显著,靠近尾缘的翅片翼对于中度的流动分离效果较好;相对长度与翅片翼气动性能呈非线性关系,且长度过短时无法对分离层产生有效分割,过长时影响分离层上方的流体.当翅片翼末端刚好接触分离层的边缘时,控制效果最佳;仿生翅片翼的气动性能是由翅片翼的相对位置、相对长度共同决定的,单变量的研究难以准确地解释其中的规律.

涡流发生器作为一种有效的流动控制方法之一,已被成功应用于改善风电叶片的气动特性,众多研究表明,涡流发生器的使用可以有效延迟气流分离,提高升阻比。为了深入了解加装涡流发生器的增升减阻特性,本文以NACA63-415翼型为研究对象,通过数值模拟方法研究分析了不同形状、不同弦向安装位置和多个攻角下涡流发生器对风力机叶片气动特性的影响,结果表明:在不同形状、不同安装位置及攻角下涡流发生器均可有效抑制风力机叶片边界层分离、提高升阻比,其中20%翼型弦向处安装的涡流发生器增升减阻效果最好。

在保证定雷诺数和定风速的情况下,通过FLUENT软件分别模拟了不同攻角下二维翼型NACA4412的绕流流场,得到了翼型的表面压力分布、速度分布以及升、阻力系数,从而确定了最佳攻角。

提出了一种“摆线S型可反向轴流风机翼型”,介绍了该翼型的成型方法、弯度的选择范围及工作冲角范围,并将四种不同弯度的翼型吹风试验结果与双圆弧S型翼型和双头双机翼S型翼型作了比较,表明弯度(?)=3.96%的BX-S 396翼型的正、反向综合气动性能最佳。

为了提高风力机翼型特性模拟的准确性，采用数值求解N-S方程的方法，对NACA0015翼型的气动性能进行了数值模拟．考虑不同湍流模型、不同的计算格式、不同近壁面处理方法对风力机翼型特性模拟有着不同影响，数值模拟中应用3种不同湍流模型和3种不同的计算格式，同时配合6种不同近壁面处理方法，并将计算结果与实验结果进行对比。结果表明，在边界层内布置合适的网格点，采用k—ωSST湍流模型数值模拟，可使NACA0015翼型阻力系数的计算精度明显提高。

针对翼型的相对厚度对翼型气动性能影响，以相对厚度分别为21％、25％、30％、35％6＊-JDU21、DU25、DU30、DU40四种翼型作为研究对象，采用网格划分软件Gambit对翼型流场划分网格，采用Fluentl4．0对翼型进行气动性能分析，研究了相对厚度对翼型气动特性的影响规律。研究表明，翼型的气动性能受翼型相对厚度的影响较大，翼型最大升阻比随翼型的相对厚度增大而减小，翼型的最大升力系数及失速攻角随相对厚度的增大而增大。研究结果对后续的风力机叶片的设计和叶片优化具有一定的参考价值和指导意义。

为获得高升阻比、低噪声水平的风力机翼型将气动噪声引入到风力机专用翼型的设计中。为评价翼型气动噪声水平对翼型自身噪声进行讨论和研究应用NASA基于大量试验而得到的翼型自身噪声模型进行建模。采用型函数扰动法对翼型廓线进行表示以翼型自身噪声水平作为优化目标将气动特性作为性能约束建立翼型的优化设计模型。设计过程中采用XFOIL获取翼型边界层参数及对翼型的气动性能进行评价。将流场求解程序和直接优化方法相结合采用复合形法进行搜索寻优用Matlab编制优化程序。以NACA 4415作为原始翼型进行优化设计得到一种具有高气动性能、低噪声水平的风力机专用翼型。

选取S818叶片翼型进行二维几何模型，采用适合翼型流动的Spalart—Allmaras湍流模型，对base翼型和95％弦长处带Microtab的翼型进行数值模拟分析，得到在不同攻角下的升阻比、表面压力和速度矢量图。从流场计算结果看出95％弦长处带microtab的翼型在0°到12°攻角范围内气动性能有明显提高；带micromb的翼型改变了后驻点位置，使其出现在了microtab末端，增加了气动曲面环量，从而增加了翼型升力。

针对H型垂直轴风力机叶片及风轮的气动栽荷计算，提出用于叶片旋转过程中相对风速与弦线攻角计算的“矢量一圆”图解方法，并在此基础上重点研究了H型风轮的非线性理论模型，该模型适用于使用直叶片的H型风轮工作过程中单个叶片或是整个风轮切向、径向风载以及风轮扭矩的计算分析。结合采用NACA0018翼型的H型风轮实例，分析结果与J．Templin经验公式基本一致，验证了实例模型的准确性和计算方法的有效性。

为了研究Gurney襟翼对风力机专用翼型的增升效果采用数值求解N-S方程的方法对装有Gurney襟翼的DU95-W-180翼型进行了数值计算在翼型尾缘压力面添加高度为弦长的1%、2%、3%、4%的Gurney襟翼攻角范围为-8°~18°计算各种工况下的翼型气动性能并与原翼型气动性能相比较。结果表明：Gurney襟翼对风力机专用翼型有很好的增升效果而且增升效果与高度密切相关襟翼高度越大升力系数越大相应的阻力系数也会增大。Gurney襟翼的最佳应用场合为中高升力系数情况在中小升力系数情况下不宜使用。