风力机翼型的气动性能分析

风力机翼型气动性能分析是风力机气动设计和运行优化的重要基础。采用NUMECA软件对弯度为4%的风力机NACA4412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。在此基础上,对NACA2412、NACA4412、NACA6412不同弯度的翼型进行模拟分析,对三种翼型在不同攻角下的气动性能进行了比较,为风力机翼型弯度选择和翼型改型设计提供参考意见。     

转捩对风力机翼型优化设计结果的影响研究

采用基于Kriging模型的优化设计方法开展了风力机专用翼型的优化设计工作.除了在全湍流条件下进行设计之外,同时还在气动优化设计中耦合层流湍流转捩预测,将翼型上下表面的转捩点作为约束条件,采用基于Kriging模型的优化设计方法实现了考虑转捩影响的风力机翼型优化设计.风力机翼型最大升阻比优化结果表明:在两种条件下,优化得到的翼型气动性能均得到较大提高,均具有较好的粗糙度不敏感性,但相比而言,考虑转捩影响的风力机翼型优化设计能在更加真实的环境下获得气动性能更好的优化设计结果.     

柔性襟翼对风力机翼型气动性能的影响

通过对柔性尾缘襟翼(DTEF)参数化建模,实现了对尾缘襟翼柔性变形与控制.采用数值模拟方法研究DTEF对翼型整体静态与动态气动性能的影响及流动机理.结果表明:DTEF位于不同摆角时,翼型升力系数与阻力系数均有不同程度的明显改变,随着攻角的增大,襟翼改变翼型气动性能的能力降低,对襟翼附近的流动影响亦减弱;DTEF动态运动过程中,翼型升力系数滞后于摆角的变化,DTEF改变升力系数的能力降低,翼型阻力系数超前于摆角的变化,DTEF改变阻力系数的能力增加,此动态效应随摆动周期减小而增强,并在翼型表面压力系数与尾迹涡量上有一定体现.     

翼型前缘对风力机翼型气动性能的影响

基于翼型参数化方法对翼型S809进行两类不同的前缘修改,采用翼型设计分析软件Xfoil对修改前、后的翼型进行气动性能计算分析,并采用计算流体力学（CFD）数值模拟方法进行流场特性分析。结果表明：翼型前缘下弯使得翼型在失速区升力系数增大,阻力系数减小,俯仰力矩系数减小,转捩现象延迟,翼型前缘上弯对气动性能的影响与之相反;翼型前缘上弯和下弯使得翼型表面压力系数分布均匀,吸力面及压力面压力系数增大;翼型前缘下弯能够抑制流动分离,抑制涡的形成,延迟翼型失速,翼型前缘上弯对翼型流场特性的影响则与之相反。     

粗糙度对风力机翼型气动性能影响的模拟研究

选取几种具有代表性的风力机叶片翼型,探讨在光滑条件与粗糙条件下翼型的空气动力性能。通过在翼型尾缘处添加粗糙带,与原翼型进行对比得到升力系数、升阻比等变化曲线,同时分析不同表面粗糙厚度对翼型气动特性的影响。结果显示:添加粗糙带后,翼型NACA4415,FFA-W3-211的升力系数提高,翼型S822、DU91-W2-250的升力系数下降,4种翼型的升阻比降低。表面粗糙带厚度对翼型气动性能的影响存在差异性,翼型S822最适合运行于低雷诺数下的风沙环境。     

尾缘修剪对风力机翼型气动性能的影响

对S809和S805 2种厚度不同的翼型进行尾缘修剪,采用翼型设计分析软件Xfoil对修剪前后翼型的气动性能进行计算,研究了不同程度尾缘修剪对翼型气动性能的影响,并采用CFD数值模拟方法进行流场特性分析.结果表明:尾缘修剪后会引起翼型在附着流区升力系数减小,最大升阻比减小,减小程度随着修剪程度的增加而加剧;对于厚度不同的翼型,尾缘修剪对其影响的主要区别在于失速区较厚翼型阻力系数减小,较薄翼型升力系数增大;翼型表面压力系数因尾缘修剪而发生改变,较厚翼型压力分布变化较为明显;尾缘修剪对尾流的扰动会影响翼型表面其他部位的流动,进而影响翼型气动性能.     

后缘加厚方式对典型风力机翼型气动性能的影响

采用无粘和粘性结合的分析计算方法,利用低雷诺数翼型分析和设计软件XFOIL,比较了典型风力机翼型S826及其改型翼型以及由3种不同的后缘加厚方式所得翼型在气动性能上的异同,认为合理的后缘加厚方式在考虑结构强度和制造工艺的同时,可以保证翼型的气动性能不会降低太多,为进一步研究影响风力机翼型气动性能的因素做了有益的探索.     

考虑层流分离的低速风力机翼型气动性能研究

以风力机DU93-W-210翼型为研究对象,采用数值计算与实验验证方法研究了低雷诺数(2×105~5×105)下翼型升阻气动性能,基于修正转捩模型分析了多雷诺数多攻角下翼型层流分离泡对气动性能的影响.结果表明:基于四方程转捩模型Transition SST计算所得升阻力系数及翼型表面转捩位置与实验值接近,低雷诺数流动计算适用性较好;雷诺数越小,翼型层流分离泡越明显,翼型升阻比越小;失速前雷诺数对翼型升阻比影响较大而失速后影响较小,且雷诺数越小该翼型失速越缓和;攻角越大,翼型上表面层流分离泡越靠近前缘而下表面越靠近尾缘;失速前上表面和下表面转捩位置均呈线性变化,失速后上表面转捩位置呈非线性变化.     

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。     

风力机翼型气动性能预估和分析

采用粘性-无粘迭代程序XFOIL和CFD方法不同湍流模型预估了某改型风力机专用翼型的气动性能,通过和风洞实验结果的比较分析了不同计算方法线性区的预测精度和大攻角失速下的适用性,并研究了前缘粗糙度对翼型性能的影响.结果表明:在线性攻角下定常雷诺平均方程加合适湍流模型可精确预估翼型升力,SA模型升力结果略好于SST模型,XFOIL预估结果基本可信更适合初步设计时定性分析;大攻角失速下必须考虑流动分离的非定常特性,大涡模拟可以更好地反映流场发展过程;前缘粗糙度一定程度上降低了翼型气动性能,这种影响随翼型厚度的增加而加剧,改型翼型对前缘粗糙度敏感性不大,满足使用要求.     

凹变翼型对风力机气动性能影响的实验研究

为改进课题组自行设计某S型翼型结构,提高300 W小型水平轴风力机气动性能,本课题重点研究翼型吸力面凹变对风力机气动性能的影响.利用二阶迎风格式、S-A湍流模型数值模拟方法及内蒙古工业大学风能太阳能利用技术教育部重点实验室检测设备,探究风力机在3种定常风速、9种叶尖速比共27种工况下风轮的功率系数、功率、转矩等气动参数...     

表面粗糙度对风力机翼型性能的影响

讨论了风力机专用叶片上局部增加表面粗糙度，在不同分布位置、不同当量大小的条件下对叶片气动性能影响的实验研究。首先，探讨了叶型表面粗糙度的形成机理和对气动性能影响的初步原理。其次，设计了在风洞实现局部增加表面粗糙度对翼型性能影响的实验条件和实验方案。最后，对风力机专用叶型进行的叶片表面局部增加粗糙度的风洞实验，结果证明了在叶片压力面尾缘通过适当增加一定宽度、一定粗糙度的粗糙带可以增大叶片的有效升力系数。     

风力机翼型前缘表面粗糙度对气动性能影响

研究了目前在风力机叶片设计中常用的FFA-W3翼型设计的叶片上前缘表面局部增加表面粗糙度条件下对叶片气动性能的影响.在探讨翼型表面前缘粗糙度的形成机理的基础上,设计了在风洞中实现研究局部增加前缘表面粗糙度对翼型性能影响的实验方案,测量了相关参数并分析了实验结果.实验结果表明,在叶片压力面前缘粗糙度的增加对翼型的空气动力学性能有一定影响.     

偏侧风对风力机气动性能的影响

针对偏侧风对风力机气动性能影响的研究问题,用相对运动法作偏侧风的矢量分解,获得各风速分量的时间空间变化性质;在气动性能的计算模型中分离出偏侧风扰动项,分析了偏侧风对气动力的影响机理;用差值比较法在实例计算中得到偏侧风的气动推力和力矩,得出偏侧风对风力机具有周期性局部冲击的结论,为综合研究风力机风速风向变化下的气动特性及风电传动系统动力学行为提供了支持。     

翼型失速及雷诺数变化对风力机气动性能影响的数值研究

利用数值模拟的方法,研究了翼犁失速及风速变化引起的雷诺数改变对风力机气动性能的影响.数值计算将k-ω的SST湍流模型与单方程的SA模型结合使用,以模拟大攻角范围的翼型绕流.结果显示:随攻角增大,上翼面分离会依次经历尾缘分离涡与前后缘交替脱落分离涡两个阶段,后者依据分离涡对下翼面压力分布有无影响又呈现两种不同情况,使得不同攻角范围失速时的流场形态及对气动性能的影响存在很大差异;雷诺数变化主要影响上翼面前后缘出现交替脱落分离涡时的攻角区域,且雷诺数越大,其变化引起的升阻系数变化越小.     

基于低速预处理的风力机翼型外形优化设计

针对经典的S809翼型,耦合基于低速预处理的流场求解方法和序列二次规划方法,开展针对翼型升阻比的翼型气动外形优化设计研究。优化结果显示优化翼型具有较大的翼型前缘半径和较平坦的上表面。数值计算结果表明,优化翼型在设计点1的状态下升阻比提高43.3%,在设计点2的状态下升阻比提高48.9%。进一步数值验证表明,优化翼型在雷诺数为5.0×10⁵状态下的最大升力系数从S809翼型的1.140增大到1.297,在雷诺数为1.0×10⁶状态下的最大升力系数从1.236增大到1.418。在优化翼型的基础上,开展翼型气动外形人工修型研究,数值模拟表明修型翼型能更好地消除气流分离,从而进一步增大翼型升力系数、减小翼型阻力系数。     

风力机叶片三维效应翼型气动参数修正研究

以NRELPhase VI风力机为研究对象,对低雷诺数下叶片三维效应翼型气动参数修正进行研究.通过三维CFD数值模拟与二维翼型风洞实验,比较和检验现有的Snel、Lindenburg、Du&Selig、Chaviaropoulos&Hansen这4种修正公式.结果显示修正效果明显不同,以Du&Selig修正公式效果最佳...     

基于网格变形法的风机翼型气动性能优化

提出了一种基于网格变形的翼型优化方法.运用该方法对风力机翼型FFA-W3-301进行了单目标和多目标优化,得到了光顺的优化翼型曲线,显著提高了翼型的升阻比.该文优化计算中采用自适应响应面算法,能得到与遗传算法相当的优化效果,而效率则明显提高.     

涡流发生器安装参数对风力机翼段动态失速影响

基于k-ωSST湍流模型,对安装不同间距z和安装角α_vg涡流发生器(VGs)的DU91-W2-250风力机翼段的动态失速过程进行数值研究。翼段做典型的正弦俯仰振荡运动,探究该过程中VGs安装参数对风力机翼段流动控制效果的影响。研究结果表明：改变z对气动影响非常小,改变α_vg的影响较大;当z=6～8 mm,α_vg=13.4°～16.4°时VGs改善翼段气动性能的效果较好;流向涡强度是影响VGs流动控制效果的一个主要因素。