离心风机翼型叶片非光滑表面脊状结构减阻特性

基于RNG k-ε紊流模型,采用Fluent软件对G4-73型离心风机翼型叶片表面脊状结构的减阻特性进行了数值模拟研究,并分析了脊状结构的相对布置位置对翼型减阻效果的影响规律.结果表明:脊状结构在叶片表面具有较好的减阻效果,脊状结构宽度s=0.1mm时的减阻效果最好,最大减阻率为9.65％,在风机设计流量下减阻率为2.96％.脊状表面近壁区时均速度相比光滑表面明显增大,边界层近壁面的法向速度梯度降低,湍动能、湍流强度都明显低于光滑表面,验证了翼型表面脊状结构具有的减阻效果.当脊状结构相对位置为后段布置时,脊状表面会使黏性阻力随流速增大而大幅增加,导致总阻力增大,减阻率降低,甚至产生增阻现象.文中所得研究结果可为工程实际中风机叶片的优化改型及性能改善提供参考依据.     

离心风机叶片脊状结构减阻特性的三维数值分析

基于Realizable k-?紊流模型,采用Fluent软件对G4-73型离心风机单流道模型叶片翼型表面脊状结构的减阻特性进行了数值模拟研究,并分析了脊状结构对风机运行特性的影响。结果表明:适当尺寸的脊状结构布置能够使脊状表面单流道模型全压高于相同工况下的光滑表面模型,最大增幅7.98%,间接反映了叶片表面流动摩擦阻力的减少。脊状结构只对翼型表面的近壁面边界层分布有一定的影响,其沟谷内形成的稳定的二次流,可以有效减小沟谷内的表面剪切应力,证明了脊状结构具有的减阻效果。脊状表面湍流边界层近壁面的法向速度梯度和湍动能均明显低于光滑表面,验证了脊状结构对湍流耗散的抑制作用和具有的减阻效果。而脊状结构等距间隔的存在会增大部分区域的剪切应力,对减阻效果产生一定的不利影响。在偏离设计工况时,叶片压力面和吸力面分别产生的边界层分离现象也会影响脊状结构的减阻效果及其位置。文中所得研究结果可为工程实际中风机叶片的优化改型及性能改善提供参考依据。     

直线翼垂直轴风力机静态叶片结冰的观测与分析

设计制作采用NACA0015翼型的直线翼垂直轴风力机叶片,安装于寒冷地区的室外,在冬季里对霜雪等在静止叶片表面的附着情况进行了现场观测。针对翼型表面瘤状结冰情况下翼型改变前后的静态升阻力系数进行了数值模拟计算,分析了翼型改变对升阻力特性和静态特性的影响。     

大型风力机叶片翼型的气动特性分析

翼型是风力机叶片的核心要素。应用FLUENT软件对大型风力机叶片的翼型进行气动特性分析,将计算结果与试验结果进行对比,验证并修正软件模型和相关参数。所采用的方法可以应用于其它翼型的气动特性分析。     

垂直轴风力机变桨矩方式研究

本文对垂直轴风力机的变桨矩方式进行了研究,对风力机叶片的攻角变化情况以及气动力进行分析,结合翼型的空气动力特性,给出垂直轴风力机的优化攻角变化方式,制定出变桨矩的运行方式,能够增大叶片在上风向时的输出转矩,减小叶片在下风向的阻力力矩,进而提高风力机的输出功率,并提升风力机的自启动性能。     

大厚度CARDC-22翼型的设计和风洞试验研究

给出了中国空气动力研究与发展中心设计的适用于兆瓦级风力机叶片的大厚度、高雷诺数、高升阻比的CARDC-22翼型,并对该翼型进行了理论计算和风洞实验,获得了翼型在不同雷诺数下的气动性能及其在大攻角下的失速特性,实验结果和理论计算基本相吻合。研究结果表明：CARDC-22翼型在a=16°,最大升力系数Cymax=16066,尤其是,当攻角a=8°时,翼型的最大升阻比Kmax=134,说明气动中心设计的CARDC22翼型,完全适合于兆瓦级风力机叶片所需的翼型,同时该翼型气动力特性完全能够与国外翼型相媲美。     

垂直轴风力机叶片翼型的气动性能分析

风力机叶片翼型的气动性能决定了风力发电机组的功率及载荷特性,不同形状类型的叶片翼型具有一定的气动性能规律。为了提高风力机性能,以垂直轴风力机 NACA4409叶片翼型为例,采用XFLR 5程序对其气动性能进行数值模拟分析,结果表明选择适当的叶片翼型相对弯度对提升叶片翼型的气动性能效果显著。对高升力叶片翼型作为垂直轴风力机叶片翼型的可行性的探讨,结果表明,叶片翼型在正迎角范围内,气动性能优异,而在负迎角下的气动性能不理想。     

大型风力机叶片表面粗糙度效应数值研究

采用CFD方法,通过在风力机二维翼型和三维叶片表面设置等效颗粒粗糙度,对某1.5MW水平轴风力机积灰和昆虫引起的粗糙度效应进行详细的数值研究;计算结果表明:翼型表面尤其是前缘的粗糙度严重影响翼型气动性能,翼型气动性能对翼型表面光洁到粗糙的变化敏感,翼型前缘的粗糙度敏感性随着攻角增大而增加,压力面尾缘局部粗糙度会在一定程度上提高翼型气动性能;对于三维叶片,表面粗糙度尤其是叶尖部位将严重破坏叶片气动性能,叶片整体粗糙度效应不是各段局部粗糙效应简单的线性叠加,而是其综合影响的结果。该文研究可以对风力机叶片表面粗糙度效应机制和气动性能优化提供理论依据。     

风力机翼型大迎角气动性能评估方法

风力机叶片翼型的气动数据是风力机叶片设计和性能评估的基础,全迎角范围的翼型气动数据有助于准确预测风力机的功率以及极限气动载荷。分析了风洞实验、CFD方法获取翼型气动数据的优缺点,着重阐述了基于实验数据建立的半经验公式-Viterna模型。提出了一种结合CFD与Viterna模型快速评估翼型全迎角范围气动性能的方法,另外为了提高预测风力机输出功率的准确性,利用前面的方法获得的翼型气动数据与叶素理论计算风力机功率时,要考虑尖端损失与桨毂损失。     

基于流固耦合法的垂直轴风力机叶片翼型气动性能分析

为了使风力发电机组具有较稳定的工作性能,提高其风力机叶片翼型的使用寿命,对叶片翼型进行了强度分析。以NACA0015(对称翼型)叶片翼型为研究对象,对其建立了三维模型,设定了旋转域及相关边界条件,采用流固耦合方法,利用ANSYS-CFX软件对垂直轴风力机叶片翼型进行了气动性能分析。结果表明,在常温常压且风速10 m/s,转速80 r/min的工况下,位于叶片后缘处变形最大为3.961×10-4mm,不同位置变形量与厚度呈线性关系,适当增大叶片翼型后缘厚度的方法,能够增强叶片翼型的强度,使其具有很好的抗变形能力。因此,增加叶片翼型厚度可减小叶片翼型变形量,提高叶片翼型的使用寿命。     

翼型NACA4415的风力机气动特性数值模拟研究

风能利用的主要方式是风力发电,风力机桨叶翼型的气动特性直接影响风力发电的效率.利用CFD(Computational Fluid Dynamics)软件对风力机常用的翼型NACA4415进行了数值模拟仿真研究,探讨了风力机叶桨翼型NACA4415的空气动力特性,得出了在不同攻角下的升阻力随攻角变化的特性曲线并进行了分析,研究了大攻角28°时扰流翼型的流场,分析了大攻角失速时的流场分布.     

基于EI加点准则与代理模型的风力机专用翼型气动与结构优化设计

为获得具有优良气动性能且兼具结构强度的风力机翼型,以运行攻角下升阻比与截面扭转惯性矩最优为目标函数,利用遗传算法对翼型进行优化设计,提出一种兼顾气动与结构特性的翼型设计方法。通过Bezier曲线表征翼型几何轮廓,采用CFD方法求解翼型气动力,利用Matlab编写程序获得翼型结构特性;建立Kriging代理模型减少CFD计算次数,并采用拉丁超立方采样和EI加点相结合的方式提高优化效率。将优化翼型与风力机翼型NACA64618对比分析,结果表明：优化翼型在运行攻角范围内具有更佳的气动性能,且优化后叶片的摆振位移与叶尖扭转角分别减小23.446%与17.544%。     

一种确定仿生翅片安装角度的方法与分析

翼型是机翼以及风力机叶片等叶轮机械设计的基本元素,为有效抑制翼型表面流动分离以提高风力机气动性能,可在其吸力面加装类似鸟类羽毛的仿生翅片。通过数值模拟研究翼型周围流场结构,提出角度系数法,用于确定仿生翅片的安装角度,并进一步分析翼型噪声特性。结果表明：在流动分离状态下,位于最佳抬起角度的仿生翅片可有效阻止分离前移,延缓失速攻角,缩小尾缘脱落涡尺度,最大升力系数提高21%左右;同时,翅片翼型主频声压级减小约23.5dB,周向总声压级呈偶极子分布且明显降低。所得结果可为角度系数法的工程应用提供一定参考。     

风力机定桨距和变桨距工况下叶片风能利用特性分析

基于动量叶素理论设计计算了风力发电机叶片几何结构形状和运行工况,建立了风力发电机叶片有限元模型,对风力发电机叶片的气动特性进行了数值研究,给出了风力机风场的风速、压强分布.研究表明,在大攻角及小转速下,叶尖损失对风力发电机叶片功率和叶片效率的影响更加明显;变工况下,叶片功率曲线及叶片效率曲线基本服从翼型及叶片气动特性的规律,曲线斜率受叶片升阻比、失速效应和叶尖损失的影响.     

柔性弹片控制翼型流动分离的流固耦合研究

流动分离导致翼型升阻比大幅下降,严重影响翼型气动性能并引起叶片结构疲劳。为解决传统流动控制方法的缺点,基于鸟类在大风气候条件下飞行及降落过程中,其翅膀表面羽毛形变以增加飞行过程平稳的现象,提出一种附于翼型吸力面的柔性气动弹片的被动流动控制方法以抑制大分离流动。采用高精度三维计算流体动力学(computational fluiddynamics,CFD)模型与有限元(finiteelementmethod,FEM)相结合的流固耦合数值模拟方法,研究具有不同结构属性的弹片对翼型流动控制能力的影响。研究证明了弹片对前缘失速翼型具有增升减阻作用。提出弹片结构分段设计方法,对整体抗弯刚度不同的弹片进行研究,分析弹片控制效果与其抗弯刚度的变化规律,并对柔性弹片控制过程进行时域分析,深入研究弹片流动控制机理。采用模态分析与功率谱分析方法,对弹片结构进行了可靠性验证。     

不同弯度风力机翼型的气动性能数值模拟研究

作为风力机气动设计和运行优化的重要基础之一,风力机翼型气动性能分析的应用日益广泛.采用NUMECA数值模拟软件对风力机NACA4412翼型(弯度为4％)进行气动模拟分析,模拟结果与实验数据较为一致.在此基础上,对NACA2412、NACA4412、NACA6412 3种不同弯度翼型的升阻力系数、升阻比和其在攻角为8°和14°时的绕流情况进行模拟分析,发现相对于弯度较大的翼型,弯度较小的翼型更适宜运行在大攻角下.     

基于两种湍流模型的某风机专用翼型数值研究

针对风力机专用S832翼型绕流流动建立了二维不可压缩湍流模型,利用计算流体力学软件Fluent,分别选用S-A、RNGk-ε 两种湍流模型对S832进行数值模拟,对比了两种湍流模型对气动模拟精度的影响,得出了雷诺数为3×106时,该翼型在-16°~30°攻角下的升力系数和阻力系数随来流攻角的变化关系及压力分布图,分析了不同攻角下翼型表面压力分布特性并进一步预测了大攻角（达30°）下翼型分离流动特性,并与NREL的试验数据进行比较,研究结果表明： RNGk-ε在预测该翼型小攻角范围气动性方面更加有效     

水平轴风力机翼型动态失速的数值模拟

采用数值模拟的方法对二维翼型NACA23012在非定常流动中的动态失速进行研究,分析翼型在振荡周期内升力系数随攻角的变化,并进一步研究俯仰运动的关键参数对翼型动态失速迟滞效应的影响,得出以下结论:振荡翼型的升力系数峰值大于静止翼型的升力系数峰值,使得风力机的实际输出功率大于理论计算值;平均攻角越大,临界失速攻角越大,升力系数峰值越大;振幅及衰减频率的增加均使得动态失速迟滞效应增强。模拟结果与试验结果吻合较好,用模拟的方法分析振荡翼型的气动特性参数的变化趋势是可行的。     

不同厚度风力机翼型气动性能数值模拟研究

风力机翼型气动性能是风力机气动设计和性能分析的重要基础。采用NUMECA软件对风力机NA-CA634系列翼型中相对厚度为18%的翼型进行气动数值模拟,并与实验数据进行比较,取得比较一致的结果。同时对NACA63418,NACA63425,NACA634393种不同厚度的翼型进行模拟,并对3种翼型气动性能进行了比较。     

基于转捩模型的风力机涡流发生器气动特性分析

加装涡流发生器有助于大型风力机叶片根部部位厚翼型表面边界层气流分离的控制。以安装涡流发生器的DU-W2-250叶片段为研究对象,采用?-Reθt转捩模型和SST湍流模型,从叶片表面的摩阻系数、法向速度型以及压力分布规律3个方面进行气动特性分析和比较,并与Delft的试验数据对比。研究结果表明转捩模型计算结果与试验值更加吻合,湍流模型的升力系数最大误差达21.3%,升阻比最大误差达51.8%。转捩模型可以准确捕捉叶片的转捩现象,在小迎角下转捩点发生在VGs下游,随着迎角增大转捩点向VGs上游过渡。在转捩效应的影响下,叶片近壁面流体具有高能量而使流速更高。转捩模型计算得到的叶片上表面压力系数高于湍流模型,在20°大攻角下更加明显。