Gurney襟翼对风力机专用翼型气动性能的影响

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。     

基于通用翼型的小型风力机叶片结构设计与性能分析

以风力机的通用集成翼型为对象,分析了通用翼型升力系数、升阻比等气动性能.选取了自主设计的相对厚度为18％风力机通用翼型,完成了小型风力机叶片的气动外形设计.以修正的风力机风轮空气动力学模型为基础确定了叶片弦长以及扭角的分布.根据叶片的形状参数,完成了叶片的三维实体以及有限元模型的建立,应用ANSYS软件分析了叶片的结构...     

翼型与弦长对直线翼垂直轴风力机起动性能影响的数值模拟

为了探究翼型与弦长对直线翼垂直轴风力机起动性能的影响，选择了NACA0018、NACA0026、S809以及S1046四种翼型，40mm、60mm和80mm三种叶片弦长进行研究，其中S809翼型采用正装和反装两种方式。对不同条件下风力机的静态力矩性能以及转速性能进行数值模拟研究。静态力矩性能研究表明，随着叶片弦长的增大，风力机平均静态力矩增大。通过对比不同翼型的结果发现：NACA0026翼型平均静态力矩系数最大且达到稳定时间最短，S809翼型起动性能最差且反装时平均静态力矩系数最小，SI046翼型稳定转速最高。转速性能研究表明，叶片弦长的增大会增大叶片的质量，进而增大转动惯量，使得风力机的起动性能降低。本研究将对直线翼垂直轴风力机的设计提供有益的参考。     

射流参数对风力机叶片气动性能的影响

大攻角来流条件下风力机叶片尾缘处会出现严重流动分离现象,导致叶片输出功率降低,采用计算流体力学方法研究开缝分布位置及喷射角度对风力机叶片性能的影响。结果表明:射流位置参数在改善流场中作用显著,随着开缝位置坐标后移,其升力系数逐渐降低。在流场恶劣条件下,喷射角度参数对升力系数提升作用有限,2°喷射角度的性能相对较好。射流位置不超过X=0.7时,均可减弱回流区影响范围、提高升力系数。射流可以扫掠附面层低能流体,有利于削弱大尺度涡旋结构及尾缘涡,有利于提高风力机叶片设计研究水平。     

叶片表面粗糙条件下钝尾缘翼型优化设计

利用粒子群算法结合XFOIL软件,进行了钝尾缘翼型型线优化设计。平移优化后,在翼型吸力面距前缘0.1c(c为弦长)处添加一高0.015c、宽0.04c的凸台,得到表面粗糙钝尾缘改型,并数值研究其升阻力系数、升阻比、压力系数和流场特性。结果表明：粗糙S812翼型钝尾缘优化后,尾缘厚度为0.039 8c,尾缘厚度在上下翼面的分配比为1∶13.16;升力系数在计算攻角范围内显著增大,升阻比在17.2°攻角之前显著增大,最大升阻比增大明显;钝尾缘处的漩涡对吸力面的气流造成下洗作用。     

NACA00系列翼型的VAWT效能影响因素分析

采用滑移网格技术对不同参数下的小型垂直轴叶轮瞬态流场进行了数值计算,着重研究了不同安装角、翼型、叶片弦长、叶片数对叶轮功率的影响,得出不同转速下使叶轮获得最大功率的最佳翼型、叶片安装角、弦长和叶片数,并通过吹风实验验证了最佳叶片数和最佳弦长时的垂直轴风力机具有较优的气动性能。     

襟翼相对长度对翼型流场结构影响

以NACA0018为基准翼型,采用Fluent数值模拟的方法,对比研究了襟翼相对长度和翼缝相对宽度对翼型流场结构及升、阻力特性的影响;文章分别选取了襟翼相对长度分别为0.2、0.3和0.4和翼缝相对为1.0%,分析襟翼相对长度对翼型气动性能的影响。数值结果表明:由于襟翼对翼型周围主涡发展和变化的影响,不仅改善了翼型的失速特性,同时也提高了翼型的气动性能。襟翼翼型的失速攻角在此次研究范围内均大于基准翼型,在攻角小于失速攻角时,襟翼翼型的升力系数均小于基准翼型,阻力系数均高于基准翼型,但升力系数的最大值均高于基准翼型;随着襟翼相对长度增大,翼型临界攻角逐渐减小;在攻角接近翼型失速攻角时,升力系数先增大后减小;襟翼长度相同时,随着翼缝相对宽度的增大,升力系数逐渐减小。     

喷管式翼缝对垂直轴风力机气动性能影响研究

具有良好动态性能是垂直轴风力机叶片高效捕获风能的关键,合理的流动控制方法可有效改善叶片气动性能,提高风能利用率。基于二维H型垂直轴模型研究不同椭圆形渐缩式翼缝及其开口宽度对垂直轴风力机动态失速的影响。结果表明,翼缝的主要作用机理是通过控制流动分离以延缓动态失速,较之原始翼型,椭圆形翼缝翼型在尖速比为0.5时转矩系数提高53.8%,显著增强了垂直轴风力机的起动转矩,但在尖速比大于1.5时因流动分离并不明显,从而作用效果并不明显;与传统渐缩式直翼缝相比,椭圆形翼缝因出口处流体与翼型表面相切而未显著影响外流场,从而使其在尖速比较大时功率系数相对更高。此外,椭圆形翼缝因减弱吸力面逆压梯度使叶片失速相位角推迟,从而有效抑制了流动分离,提高了风力机运行稳定性。     

开缝叶片技术的研究及应用

相对于常规叶片,开缝叶片技术能抑制叶片上的流动分离,增加升力减小阻力,这种技术综合了分流叶片和边界层吹气两种技术的特点。综述了开缝叶片的原理和结构形式,主要有叶片的弦向开缝和横向开缝,介绍了不同开缝方案具体参数的设置,揭示了具体的开缝位置和开缝的几何形状与尺寸对叶片性能的影响。阐述了开缝叶片的优点以及开缝叶片技术在压气机、风力机中的应用。开缝叶片技术对改善垂直轴风力机的启动性能,提高其风能利用率具有指导意义。     

合成射流对钝尾缘翼型气动特性的影响

研究吸力面存在合成射流的情况下,钝尾缘翼型TR-4000-2000流场结构的变化及其升阻力系数等气动特性参数的变化趋势。在相同射流入口速度条件下,采用计算流体力学软件Fluent对相同来流速度不同攻角情况下翼型流场进行非定常数值模拟计算,分析射流前后翼型升阻力系数变化及翼型表面压力的波动状况;在此基础上,对不同射流频率和不同射流速度情况下翼型流场进行模拟计算,寻求最佳射流参数。结果表明,由于射流及尾缘涡的相互作用导致翼型的升阻力特性不断变化,钝尾缘翼型吸力面合成射流有明显的增升减阻效果,在15°攻角时尤为明显,升力系数提高约40%,阻力系数减小约25%。在量纲一射流速度和量纲一射流频率均为1时,射流对翼型的增升减阻效果最佳。     

雷诺数对DU系列翼型气动性能的影响

针对雷诺数对大型风力机常用的DU系列翼型气动性能的影响,以DU25、DU30、DU40三种厚度翼型为研究对象,采用Gambit6.3对模型进行流场网格划分,利用商用CFD软件Fluent14.0对其进行气动性能计算,并对其升力特性、阻力特性、升阻比及力矩系数等气动性能参数在(0~30)°攻角范围内进行了分析比较。结果表明,在一定攻角范围内,雷诺数越大翼型的升力系数越大,阻力系数越小,升阻比越大,并且翼型的相对厚度越小,其气动性能受雷诺数影响越大。研究结果为今后的风力机叶片设计及优化提供了一定的参考依据,对片优化具有一定的指导意义。     

翼型厚度对风力机叶片翼型气动特性的影响

建立了预测翼型气动特性的理论模型并进行了数值计算,研究了翼型厚度对风力机叶片翼型的气动特性影响,给出了翼型厚度对翼型的升力系数、阻力系数、升阻比和流场、压力系数的影响。研究结果表明,对于同一弯度不同厚度的NACA系列翼型,在较小攻角时,较小厚度翼型可获得较大的升阻比,在大攻角时,增加厚度翼型可以提高翼型的升阻比,扩宽大升阻比范围,而且较大厚度翼型的分离点前移速度较缓慢,涡分布范围较小。     

垂直轴风力机二维流场特性及变桨规律研究

为了研究H型垂直轴风力机的变桨规律，提高其获能效率，对垂直轴风力机叶片翼型进行空气动力学性能分析，选出升阻比较高的翼型。对优选出的翼型进行二维建模，采用CFD (Computational Fluid Dynamics)方法进行二维流场仿真模拟，得到不同尖速比叶片周围流场的变化规律，据此设计出H型垂直轴风力机叶片并进行三维建模。分析叶片旋转一周所受力矩的变化，即某一方位角不同桨距角下力矩的变化趋势，得出垂直轴风力机旋转一周的变桨规律。该研究对H型垂直轴风力机的开发和工程应用具有一定的参考价值。     

水平轴风力机的转矩性能及叶尖损失对其的影响

分析了叶尖损失机理,根据PRANDTL 和GLAUERT叶尖损失修正因子及叶素-动量理论,推导出考虑叶尖损失的叶片弦长公式,然后沿叶片展向积分,推导出与风力机尖速比和翼型升阻比关联的风力机转矩系数解析表达式,并得到风力机在任何稳定运行状态转矩系数的最高参数值,可作为风力机转矩系数的设计参考值。研究表明,叶尖损失对弦长的影响集中在叶尖部位,当升阻比为无穷大且尖速比从常见范围10变化到4时,叶尖损失导致转矩性能损失约4%~10%,且损失的数值随升阻比的变化极小。     

合成射流控制参数对大攻角下翼型气动性能的影响

通过数值模拟的方法,对合成射流控制NACA 0012大攻角下翼型流动分离的参数进行了研究.结果表明:对于射流出口宽度为翼型弦长的0.5％,翼型在18°～24°攻角下的流场,当合成射流作用在翼型头部1％弦长位置,吹气速度比为1,无量纲激励频率在1 附近时,可以达到较好的改善翼型整体气动性能的效果.通过对翼型表面压强系数分...     

风力机叶片翼型的气动特性研究

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microtab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。     

风力机参数化集成表达方法及其收敛特性研究

为了研究风力机叶片参数化集成表达的方法,基于翼型型线集成理论与Bezier曲线拟合方法,建立了风力机叶片翼型、弦长和扭角分布集成表达的控制参数模型。通过风力机气动和噪声计算模型,研究了拟合风力机叶片的气动和噪声收敛特性。结果表明,本方法所得到的控制参数对应表达的拟合风力机叶片在功率、载荷和噪声等变化曲线与原风力机吻合一致,满足收敛的精度要求。     

襟翼缝隙对风帆船气动性能的影响

为推进无人帆船在海洋数据收集和生态保护方面的应用，针对某型无人帆船设计一款带嵌入式襟翼帆的风帆系统，并对翼缝对风帆气动性能的影响进行研究。首先建立无襟翼帆以及翼缝宽分别为主翼帆弦长0‰、1‰、2‰、3‰和4‰的六种风帆模型，用Fluent软件进行CFD仿真计算，分析不同翼缝下的襟翼帆翼面周围的压力和流场分布情况；并对六种风帆在多攻角和多襟翼帆偏转角下的升阻力特性进行比较分析；研究不同相对风向角下翼缝大小对无人帆船推力特性的影响。结果表明：襟翼帆的存在提高了无人帆船风帆的气动性能和无人帆船的推力特性。在一定攻角范围内，翼缝使带襟翼帆的翼型升力系数和升阻比减小、阻力系数提高、无人帆船的推力系数降低和侧推力系数提高；随着缝隙的增大，升阻力系数和升阻比变化的幅值增大；随着攻角的增大，翼缝大小对主翼帆升阻力特性的影响幅值减小；随着襟翼帆偏转角的增大，翼缝大小对主翼帆升阻比特性的影响幅值减小。     

轴流风机关键特征参数变化的气动性能计算方法

通过对轴流风机基元级截面处的气动力分析,应用儒可夫斯基升力定理和动量定理,结合速度三角形和叶轮进出口截面间的气动参数间关系,建立了风机全压、流量、功率、全压效率与叶片平均相对速度、升力系数、叶片安装角、叶片数、叶片弦长间关系的数学模型。并考虑到叶栅翼型与孤立翼型间升力系数的差异,对叶栅翼型升力系数修正到相对应的孤立翼型升力系数。基于现有产品性能按本数学模型进一步建立了变安装、变叶片数和变叶片弦长后的风机性能参数关系式。计算实例结果表明,该计算方法能满足工程需要。     

基于钝尾缘翼型叶片的三维风力机性能分析

随着风力机向大型化发展,为有效提升风力机叶片的性能以及结构强度,将钝尾缘翼型应用于风力机叶片设计。以NACA639XX系列翼型为基准翼型,通过Hicks-Henne型函数和钝尾缘函数对翼型进行参数化拟合,使用多岛遗传算法优化得到层流钝尾缘翼型族(USST-XXX)。将此翼型族中相对厚度为21%的USST-211翼型与NACA63921层流翼型替换NREL PhaseVI叶片截面的S809翼型,建模得到两种三维风力机叶片,采用数值模拟的方法,对这两种叶片不同风速下的流场进行分析,并与NREL Phase VI风力机叶片的气动性能进行对比。数值模拟结果表明,在额定风速附近,采用层流钝尾缘翼型所构造的新叶片风力机的风能利用系数高于其他两种叶片。研究结果表明优化得到的层流钝尾缘翼型族可以有效提升风力机气动性能,在大型水平轴风力机叶片设计方面具有良好的应用前景。