影响风力发电机翼型气动性能的因素研究

翼型气动性能的优劣影响着风力发电机的发电效率,研究影响叶片翼型气动性能的因素具有重要意义。本文采用数值方法计算了文献中NACA0012翼型在Re=10^6时的气动性能参数并与试验值比较,验证了数值方法的正确性。通过对相对厚度、相对弯度、雷诺数等影响翼型气动特性的参数进行研究,结果表明:相对厚度小的翼型在小攻角范围可以获得更好的气动性能;当攻角大于失速角12°后,相对厚度大的翼型的气动性能更佳。在0°~20°攻角范围内,相对弯度和雷诺数越大,翼型的气动性能越好。     

尾缘厚度对风力机翼型气动性能的影响

利用CFD软件对DU00-W-212翼型进行数值计算,验证了SST k-ω湍流模型在CFD数值计算中的合理性。通过Profili中的修型功能,分别增大翼型尾缘的上下翼面厚度。分析了在雷诺数Re=3×106情况下,尾缘厚度对气动特性的影响趋势及机理。     

H型风轮静扭矩特性理论分析及试验研究

为了探究提高H型风轮自启动特性的方法,利用全迎角范围的翼型气动数据理论分析H型风轮的静扭矩特性,包括不同雷诺数条件下风轮的静扭矩随相位角的变化规律,升力和阻力分别对静扭矩的贡献,分析表明,相对于对称翼型,采用非对称翼型的叶片更有利于提高风轮的自启动特性。在对称翼型尾缘添加Gurney襟翼可以增加翼型的有效弯度,分别对有无添加襟翼的三叶片H型风轮在低速风洞进行测试,试验结果验证了理论分析结论,此外还得出随着雷诺数的增加,非对称翼型提高风轮自启动特性的优势减弱。     

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。     

雷诺数对低速对称翼型气动性能的影响

基于CFD软件,采用k-ωSST湍流模型,研究了不同雷诺数对低速对称翼型NACA0012、NACA0015和NACA0018气动性能的影响,以及同一雷诺数下翼型相对厚度对翼型气动性能的影响。比较了翼型NACA0012、NACA0015和NACA0018的升力系数和阻力系数的计算值与试验值,得出了和试验值最接近的翼型,总结了对称翼型升力系数、阻力系数和升阻比的变化规律,确定了对称翼型最佳攻角。结果显示,低速对称翼型相对厚度越大,气动性能越好;雷诺数越小,黏性越大,越先发生边界层分离;翼型NAcA0018的计算值和试验值最接近;翼型NAcA0018的最佳攻角为10°。     

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。     

基于CFD的FSAE赛车尾翼设计及优化研究

针对FSAE赛车尾翼的设计,采用CFD数值分析的方法,对FSAE赛车的尾翼翼型、尾翼翼缝、尾翼端板形状和翼片数量与尾翼气动性能之间的关系进行了研究。对尾翼气动性能具有重要影响的翼型在不同弯度和不同弯度位置条件下进行了气动分析和对比,发现了翼型弯度和厚度对于其阻力和负升力的影响,确定了合适FSAE赛车尾翼的翼型;同时对尾翼的翼缝、端板形状和翼片数量等关键参数进行了研究,根据其压力云图、流线图的变化规律和匹配原则,确定了最佳方案。研究结果表明:尾翼的翼型弯度及最大弯度位置、尾翼翼缝、尾翼端板形状和翼片数量对于尾翼的气动性能具有重要影响。     

相对厚度对DU系列翼型气动性能的影响

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%的DU21、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Fluent14.0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。     

低雷诺数旋翼翼型设计及气动仿真

研究了低雷诺数下薄圆弧旋翼的翼型,考虑其对高气动性能、高结构强度和便于制造和轻量化的要求,提出一种具有上凸结构的薄圆弧翼型。通过在翼型上表面增加凸起结构,增加部分弦长的翼型厚度并安装加强筋来提高翼型延展向的结构强度;设计出了最大厚度为4.3%、圆弧均匀厚度为2.5%、最大弯度为5.5%和均匀弯度为4.5%的薄圆弧翼型。采用基于二维定常、不可压缩Navier-Stoke方程的数值仿真方法计算了该翼型在雷诺数为40,000~100,000,迎角为-4°~12°下的气动性能,并获得了该翼型上下表面的压力系数分布线和速度矢量图。采用该翼型制作了直径为40cm,质量为15g,桨距为15.7cm的碳纤维旋翼;在悬停状态下完成了它的升力和结构强度试验。实验结果显示其性能满足使用要求。目前,研制的旋翼已成功地应用于某型多旋翼飞行器。     

雷诺数对安装涡流发生器翼型气动性能的影响

为了研究雷诺数对安装涡流发生器翼型气动性能的影响,以NACA4418翼型为研究对象,通过风洞测压试验的方法,研究了安装涡流发生器翼型在从低到高不同雷诺数下气动性能变化规律和翼型表面绕流场特性,对比分析了涡流发生器参数对翼型气动性能的影响.结果表明:随着雷诺数的增大,涡流发生器增升减阻作用逐渐增强,抑制边界层分离的攻角范...     

几何特性对风力机翼型粗糙度敏感性的影响

基于正交试验的方法,采用XFOIL软件研究最大相对厚度、最大相对弯度以及尾缘厚度对翼型前缘粗糙度敏感性的影响,推导评价翼型粗糙度敏感性的指标,并讨论翼型表面不同区域加密面元节点对XFOIL软件计算结果的影响。研究表明,在翼型上表面正压力梯度区域加密面元节点会对XFOIL软件的计算结果产生明显的影响,而在其它区域增加面元节点个数会增加计算的收敛速度,但对计算结果没有明显的影响。通过极差和方差分析发现,翼型前缘粗糙会导致翼型多方面的气动性能参数变坏,翼型的最大相对厚度会对所有的敏感性指标产生显著性影响,而最大相对弯度和尾缘厚度仅对其中一些指标产生明显的影响,且增大翼型的尾缘厚度有利于降低由于前缘粗糙引起的升力系数和升阻比的下降。     

雷诺数对风力机专用翼型气动性能影响的研究

雷诺数是影响翼型气动特性的主要参数之一,当雷诺数在5×10~5～1×10~7范围内变化时,基于N-S控制方程,对S827翼型在攻角α为-14°～45°范围内变化时的气动特性进行数值计算,研究了雷诺数对该翼型的升力特性、阻力特性、最大升力系数、最大升阻比、流动分离特性、失速特性等气动特性的影响.     

不同厚度翼型对气动特性及叶片强度的影响

在小雷诺数条件下,采用N—S方程研究了-4°～10°迎角下不同厚度翼型对气动特性的影响规律,迭代计算结果表明：厚度较小的翼型在某一小攻角下获得最大的升阻比。并利用Solidworks软件,分析了三种不同厚度翼型叶片的应力分布,结果表明,三种翼型叶片均满足强度要求。     

湍流工况小型风力机翼型气动特性及稳健优化

风力机翼型设计通常未考虑湍流强度影响,气动设计与实际工况产生较大偏差,为使得翼型设计与实际工况相匹配,考虑随机湍流工况湍流强度大小的不确定性,以S809翼型为研究对象,分析低雷诺数下不同湍流强度对翼型S809升阻气动特性、压力分布影响规律,量化湍流不确定性对翼型气动性能的影响,提出一种在气动优化中耦合层流分离预测的高湍流低雷诺数小型风力机翼型优化策略,基于非嵌入式概率配置点法、TransitionSST模型、拉丁超立方试验设计、Kriging模型和非支配排序遗传算法进行气动稳健优化设计。案例结果表明,优化后翼型湍流适应性增强,在不确定湍流强度TI～N(0.15,0.037 52)工况下最大升阻比平均值提升了6.55%,标准差减小了13.49%。该方法使翼型设计与湍流风况相匹配,降低翼型对不确定湍流的敏感性,为不确定湍流工况低雷诺数翼型及小型风力机设计与应用提供重要参考。     

风力机的翼型弯度对风力机翼型气动性能的影响

利用CFD软件对S827翼型进行数值计算,验证了选用RNG k-ε两方程作为CFD数值计算的湍流模式的合理性.基于RNG k-ε湍流模式对S902和S903两种翼型的气动性能进行了数值模拟计算,研究了翼型弯度对翼型的升力特性、阻力特性、最大升力系数、最大升阻比、流动分离特性、失速特性和深失速特性等气动特性的影响.     

基于NACA翼型参数化方法的气动优化设计

采用NACA四位数翼型的中弧线结合厚度分布的参数化表达式获得翼型的设计参数,结合经过标准算例验证的基于SST-kw湍流模型的RANS（雷诺平均N-S方程）计算方法,实现对于翼型的黏性流场分析。采用拉丁超立方法确定DOE（实验设计）中的样本空间,依据约束条件筛选可行解集,使用响应面作为代理模型,采用NLPQL（非线性序列二次规划法）求解代理模型中的最优解,对最优解所在设计点进行单独验证,以此构成翼型的气动优化设计框架。在该框架下针对翼型的特定亚音速工况,开展减阻的优化设计,以翼型最大相对厚度、最大相对弯度以及最大弯度位置作为设计变量,阻力系数作为优化目标函数,并以升力和厚度限制作为气动和几何的约束条件。翼型在设计工况下的阻力系数优化结果与其他文献中的CST（类/形函数转换）参数化方法相比,设计变量更少且优化结果相当,表明该优化设计框架相对高效,具有实用价值。     

摆线S型可反向轴流风机翼型的研究

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。     

基于气动性能与刚度特性的风力机翼型优化设计

结合翼型泛函集成理论与叶片截面刚度矩阵数学计算模型,提出了风力机中等厚度翼型气动性能与结构刚度特性的一体化设计方法,实现了翼型气动性能与叶片截面刚度特性的同时提高。对考虑叶片截面铺层参数变化设计的WQ-B300翼型与DU97-W-300翼型进行了气动性能与结构刚度特性对比分析,结果表明:相比于DU97-W-300翼型,WQ-B300翼型的气动性能与叶片截面刚度性能均有显著提高,其挥舞刚度和摆振刚度分别提高了6.2%和8.4%,验证了该设计方法的可行性,给风力机中等厚度及大厚度翼型设计提供了一种思路。     

Matlab优化工具在通用风力机翼型型线设计中的应用

基于Matlab软件中的优化算法和优化工具,针对风力机翼型通用型线集成表达式建立了优化数学模型.以风力机翼型的最大升阻比为优化设计目标函数,翼型形状控制方程的系数为设计变量,翼型的厚度和弯度为约束条件,设计得到了相对厚度为18%的风力机翼型,并对其性能进行了计算分析.研究结果拓宽了风力机叶片翼型的设计思路和设计方法.     

180 °螺旋式Savonius风力机气动特性试验研究

为了揭示雷诺数对S型风力机气动特性的影响规律以及常规S型风力机与180°螺旋式S型风力机气动特性的差异,采用理论分析和风洞试验手段开展研究。基于不同雷诺数下二维凹、凸面阻力系数气动数据,理论分析得出,当雷诺数超过104时,S型风力机的气动特性受雷诺数的影响较小。通过总结结构级数对S型风力机的影响规律,推测出螺旋式S型风力机的最大风能利用系数低于常规S型风力机。对旋转直径360mm、高度800mm和偏心距100mm气动外形尺寸相同的常规和180°螺旋式S型风力机,在雷诺数1.26×10~5～2.21×10~5开展风洞试验验证理论分析的结论。此外,针对螺旋式S型风力机,还开展气动外形参数和在风力机端部施加端板流动控制的试验,试验结果得出较大的长宽比和端板流动控制均能明显提高风力机的风能利用系数和拓宽较大风能利用系数对应的尖速比范围。