风力机叶片翼型结冰的气动性能数值模拟

采用Fluent软件模拟分析了攻角为0～90°时,结冰对NACA 63418翼型气动性能的影响,并与结冰前翼型的气动性能进行对比。结果表明,结冰对翼型的气动性能有明显的影响,当攻角为0～25°时,结冰使翼型的失速提前发生;当攻角大于25°时,结冰使翼型的阻力系数明显增大,升力系数也有一个明显的上升过程,并在50°攻角附近达到最大值后开始下降。     

用于大攻角条件下的七孔探针的实验校准

七孔探针是一种可以有效测量气流特性的装置,在空气动力流场的测试实验中应用广泛,有着非常大的使用价值。七孔探针的角度测量范围可以高达±70°,它可以快速准确测量得到流场实验数据,能够大幅降低测量难度,从而为航天航空领域中各种复杂非定常流场的测量提供有效手段。本文针对用于大攻角条件下非定常复杂流场的七孔探针进行实验校准,校准过程分为低攻角和高攻角两部分。实验结果表明针对本文所使用的探针,在大部分气流角情况下校准误差保持在2%以内,在小部分边界处校准误差会达到5%;总压校准精度和动压校准误差基本都保持在2%左右。     

攻角对透平叶栅气动性能影响的研究

采用叶栅吹风试验与数值模拟相结合的方法,研究了攻角变化对具有较大前缘半径和进口楔角的透平叶栅气动性能的影响,试验测量在出口马赫数为0.8、攻角-61.0°-＋4.0°内进行,对应的雷诺数为6.0×105.在试验验证数值方法可靠性的基础上,对叶栅流动损失进行了数值研究,分析了攻角变化对试验叶栅型面损失中吸力面与压力面边界层损失、尾迹损失和端部次流的影响特性.结果表明：当攻角从＋4.0°变化到-41.0°时,叶片表面没有发生流动分离,出口截面的总压损失系数变化幅度不超过0.21%;在负攻角很大（-61.0°）时,压力面边界层发生流动分离,型面损失急剧增大;具有较大前缘半径和进口楔角的试验用叶栅表现出良好的变攻角气动性能.     

垂直轴风力机非对称翼型叶片变攻角方法

分析了H型垂直轴风力机非对称翼型叶片在一定雷诺数下的升力系数和阻力系数的变化,给出了叶片攻角的合理变化范围。通过分析风轮旋转一周叶片攻角的变化,给出了不同叶尖速比下叶片攻角随其方位角变化的规律。利用Origin软件计算出上下风区叶片的安装角与攻角的对应关系,并确定合适的安装角。分析表明,通过改变风轮叶片的安装角来调整叶片的攻角,能使风力机始终保持较高的功率输出。     

水平轴风力机翼型大攻角气动性能计算研究

耦合RANS和基于线性稳定性分析的eN转捩预测方法,进行风力机翼型的大攻角气动性能计算,以期提供风力机叶片分析/设计中使用翼型的更为准确和完备的气动性能数据。以风力机翼型S809为例,计算了翼型表面从出现分离气泡到大面积分离的情形,并比较了S-A和B-L两种湍流模型对计算结果的影响。通过对已有经典风力机翼型DU97-W-300和新设计风力机翼型WA21ak5在-180°～180°攻角范围内的气动计算,对计算结果和实验结果以及国外风力机叶片分析/设计中使用的基于Viterna方法由有限攻角范围的气动性能外推到-180°～180°的结果进行比较。结果表明,RANS方程计算气动性能和实验结果吻合较好,为建立风力机翼型气动性能数据库提供了基础。     

高负荷涡轮扇形叶栅变攻角气动试验研究

为了探究不同出口马赫数、进口攻角对涡轮叶栅气动性能的影响,本文在进口气流偏离轴向23°的条件下,试验出口马赫数分别为0.7、0.8、0.9,并在出口马赫数为0.8的条件下,攻角分别为0、±7.5°与±15°,对某型涡轮扇形静叶栅进行了吹风试验。试验结果表明:随着出口马赫数的增加,叶片载荷增大,出口总压损失增加,出口气流角减小;随着进口气流攻角从负到正的变化,叶片前缘压力载荷增加,出口气流角增加,总压损失先减小再增大,且攻角为0时,总压损失最小。     

风力发电机叶片翼型气动性能分析与数值模拟

使用ANSYS FLUENT软件对风力发电机叶片翼型DU-93-W-210和S809的空气动力性能进行定常数值模拟和仿真分析,并和实验数据进行对比与分析。鉴于阻力系数的数值模拟结果与实验数据相比误差较大,通过分析其原因,发现在攻角较小时,翼型表面上有相当一部分流动属于层流流动,若对整个计算域使用湍流模型,显然会增大阻力系数。在此基础上,对CFD模型进行修改,在FLUENT模型里设置翼型转折点前为层流区域,从而能精确预测小攻角时的阻力系数。     

基于Fluent的风力机叶片翼型气动性能数值计算

风力发电是新能源利用的重要方式,风力发电机叶片翼型的气动参数特性分析对叶片翼型设计具有重要意义。采用数值方法研究不同攻角时NACA4415翼型的气动特性。利用ICEM对NACA4415翼型进行结构化网格划分,建立S-A湍流模型进行数值计算。结果表明在6°攻角时翼型存在最大升阻比,此时翼型的气动性能最佳,对风能利用率最高;14°攻角时翼型开始出现失速,翼型后部出现的气流分离是造成失速的主要原因。     

风力机叶片翼型气动性能数值模拟

采用数值模拟方法对NACA23012,NACA4412,S809,S810等4种常用风力机叶片翼型进行了研究,分析了翼型静止与振荡时的气动性能.随着攻角的增加,静止翼型的升力系数先增大后减小,其阻力系数一直增大,显示出NACA4412翼型具有较好的低风速启动性能;振荡翼型的升力系数随着攻角的变化呈现一个闭合迟滞环曲线,显示出振荡翼型S809的动态失速迟滞效应最为明显.文章参照模拟结果和对比试验数据,验证了数值模拟的可靠性.     

6种风力机叶片翼型的气动性能数值模拟研究

选取NACA4412,NACA4418,FFA-W3-211,FFA-W3-360,FX60-126和NREL-S809等6种常用风力机叶片翼型,进行二维几何建模和计算域网格划分,运用FLUENT软件对风力机叶片翼型的空气动力性能进行数值模拟和仿真分析;并与实验数据进行参照、对比和分析,验证数值模拟的可靠性.对风力机叶片常用翼型进行气动数值模拟计算和分析,可深化了解风力机翼型的气动性能,为风力机叶片翼型选型和叶片翼型改型设计和研发工作提供技术参数和指导意见.     

NUMERICAL SIMULATION AND ANALYSIS ON AERODYNAMIC PERFORMANCE OF WIND TURBINE BLADE

使用ANSYS FLUENT软件对风力发电机叶片翼型DU-93-W-210和S809的空气动力性能进行定常数值模拟和仿真分析,并和实验数据进行对比与分析.鉴于阻力系数的数值模拟结果与实验数据相比误差较大,通过分析其原因,发现在攻角较小时,翼型表面上有相当一部分流动属于层流流动,若对整个计算域使用湍流模型,显然会增大阻力系数.在此基础上,对CFD模型进行修改,在FLUENT模型里设置翼型转折点前为层流区域,从而能精确预测小攻角时的阻力系数.     

风力机叶片三维流动特性与气动性能的数值分析

采用基于雷诺平均的三维可压N-S方程,对美国国家可再生能源实验室开发的PhaseⅥ实验风力机叶片在7m/s来流下的绕流流场进行全三维数值模拟.通过对数值模拟得到的叶片表面压力分布与实验测量值的比较,验证了数值模拟的有效性,并在此基础上分析了叶片各截面的失速情况、叶片的三维绕流特性以及叶展方向上的升阻力系数与功率分布.数值模拟数据显示,相比简单的对二维数值模拟结果进行堆叠,全三维的数值模拟能够更准确的反映叶片绕流的气动特性.     

水平轴风力机翼型大攻角分离流动的数值模拟

翼型的失速特性是失调速节型水风力机的气动性能分析和颤振分析的基础，许多涉及这类问题的研究大多只给出了翼型刚开始失速时的计算结果，然而在正常运行工况下叶片端部翼型的深失速特性是风力机的最关键的一类问题，通过求解二维非常，可压的Ｎ－Ｓ方程计算了风力机常用翼型ＮＡＣＡ４４１８的绕流特性，Ｎ－Ｓ方程在贴体坐标系中给出用Ｐｏｉｓｓｏｎ方程法生成了Ｃ型网格，数值计算了采用了一种改进的ＬＵ－ＳＧＳ格式。将翼型的     

立轴风力机叶片动态失速特性与气动性能分析

结合立轴风力机运行时叶片的非定常气动特性,对B-V、B-L和ONERA动态失速模型进行适当简化和修正,结合实验数据对比分析俯仰运动时动态失速对翼型气动特性的影响。在双盘多流管气动分析方法的基础上,结合修正的动态失速模型,对Sandia 17m风力机进行气动性能计算,比较不同模型对叶片非定常气动特性的评价结果,与实测气动载荷和功率对比表明,B-L模型整体上对立轴风力机气动性能预测较好。     

振荡扰流提高风力机翼型气动性能的研究

利用振荡扰流进行了改善风力机翼型大攻角下性能的研究。应用有限体积法，数值模拟了头部附加振荡扰流的翼型分离流动，并对振荡扰流增升效果的参数影响进行了分析。结果表明在深失速条件下，翼型头部附加的振荡扰流在一定的频率和振幅时能够显著改善翼型的气动性能，提高翼型的升力。与扰流振幅相比，调节扰流振荡频率更能改善翼型深失速条件下的气动性能。     

尾随涡对风力机叶片气动性能影响机理研究

以Phase Ⅵ风力机叶片为研究对象,以r/R=30%、63%和95%处叶素为参考,建立与7、9、15 m/s试验风速下该风力机叶片附着涡环量沿展向分布相同的叶片模型,分析尾随涡对风力机当地翼型气动性能的影响机理。采用带转捩效应的SST k-ω湍流模型,对所建立的叶片模型和二维S809翼型的气动特性进行研究和对比分析。结果表明：旋转叶片尾随涡对分离现象产生抑制作用且随攻角的增大减弱;尾随涡的影响表现出多重效应,除了减小当地翼型的攻角,还降低其吸力面负压系数和压力面正压系数。     

大粗糙度弦向分布对风力机气动性能影响

针对5 mm大尺度蚊虫尸体在叶片上的附积问题,采用带转捩的k-ω SST湍流模型,以NERL Phase VI风力机为研究对象,从不同弦向覆盖位置入手,对大粗糙度下风力机气动性能进行数值模拟。研究结果表明,粗糙度对风力机整体做功具有较大影响,粗糙度越大效率降低越显著;粗糙度使在叶片靠近叶尖位置的吸力面促成小型低压涡,转捩提前;该效应在大尺度粗糙条件下表现明显,附着涡强度也更大;在叶片压力面添加75%c粗糙度会使翼型产生的气动损失最大。     

转捩对S809翼型气动特性影响的数值模拟

以S809翼型为例分析了转捩对水平轴风力机翼型气动特性的影响.首先采用多种湍流模型对S809翼型开展了全湍流数值模拟,观察了忽略转捩条件下的翼型升阻力特性,然后开展了考虑转捩的数值模拟,分析了转捩对翼型升阻力特性和尾缘分离的影响.结果表明,在附着流动状态下,数值模拟中忽略转捩会导致翼型升力系数被低估约10％,阻力系数则被成倍高估;转捩对翼型尾缘分离也有一定影响,转捩点越靠近前缘,尾缘附近附面层速度型的饱满程度降低,抵抗逆压梯度的能力减弱,尾缘分离越容易发生.     

NUMERICAL INVESTIGATION OF THE BLADE COOLING EFFECT GENERATED BY MULTIPLE JETS ISSUING AT AN ANGLE INTO AN INCOMPRESSIBLE HORIZONTAL CROSSFLOW

The thermal effect of cool jets issuing into an incompressible hot crossflow at an angle over a turbine blade is the subject. Numerical solutions for 12 multiple flow arrangements with two flow ratios, two different hole spacings, and four different jet issuing angles document strong to moderate secondary vortex structures spanning normal to the direction of the jet. This fully three-dimensional flowfield strongly influences the cooling performance of the hole-blade system. For a generalized body-fitted three-dimensional finite volume model, computational results suggest an optimum hole spacing and low issuing angle for maximum cooling efficiency.     

水平轴风力机叶片稳态失速气动阻尼分析

通过对风力机叶片翼型截面进行稳态气动力分析,同时结合整个叶片的结构动力学模态分析,创建风力机叶片稳态气动阻尼分析模型.从而在准确计算单翼型和单叶片气动阻尼的基础上,建立有效的气动阻尼分析方法,探究影响气动阻尼变化的关键参数.并以容易引发叶片失速振动的负气动阻尼为研究重点,采用典型的叶片模型进行实例计算,进而应用建立的气动阻尼分析方法进行叶片模型参数修正,旨在改善失速工况下的负气动阻尼,从而为风力机叶片的气动优化和抑振设计提供较准确的现实依据.