偏航工况下叶片翼型动态特性研究

首先通过理论分析,研究风力机偏航运行时叶片各翼型的攻角变化规律,建立翼型俯仰运动模型;然后基于大涡模拟（LES）方法,研究偏航工况下叶片翼型的动态气动特性。结果表明：风轮在偏航工况下运行时,叶片各截面翼型攻角变化呈近似的正余弦规律;叶片不同展向位置翼型均发生不同程度的流动分离,出现动态失速现象,越靠近叶根,由偏航引起的动态迟滞效应越明显;翼型俯仰过程中,吸力面前缘分离泡的动态变化过程,导致吸力面前缘压力出现小范围的剧烈振荡,增大流动的不稳定性。     

不同直径颗粒在S809翼型流场中的运动特性及对其气动性能的影响

以风力机专用翼型S809为研究对象,采用SST k-ω湍流模型和离散相模型(DPM)进行数值计算,研究不同直径颗粒在流场中的运动特性及其对翼型气动性能的影响。结果表明,颗粒入射轨道较少(颗粒浓度低)时,不能采取等效,应保证轨道数精确。而轨道数足够多时,可用较小的轨道数等效;随着颗粒直径增大,颗粒的跟随性变差,绕过前缘后远离吸力面的情况加剧。进入边界层和分离涡的颗粒及其所能达到的最大速度均减小,且最大速度点沿流向移动;当直径增大到50μm时,出现颗粒碰撞壁面的现象,且直径越大碰撞现象越剧烈;各直径颗粒对8.2°和12.2°攻角的升力系数影响很小,而对于18.1°攻角,0.5μm的颗粒会明显增大其升力系数。     

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.     

风沙环境对翼型边界层厚度的影响研究

为研究风沙环境对风力机翼型边界层的影响,采用无黏模型、转捩模型和离散相模型对三维S809翼型的边界层特性进行数值模拟,并对清洁空气和风沙环境中翼型的边界层特性进行对比分析.结果表明:相较于清洁空气,沙尘颗粒的加入使翼型边界层厚度减小.同一弦向位置,随着颗粒直径的增大,翼型边界层厚度呈先减小后增大的趋势;随着颗粒质量浓度...     

中国B类风场中水平轴风力机尾流特性研究

通过对中国B类风场平均风剖面来流条件下的风力机进行大涡模拟,研究风力机的尾流特性.研究发现,对于尾流时均轴向速度,速度剖面在1～7D范围内呈非对称“W”形分布,随着尾流继续向后发展,“W”逐渐演化为“S”形.由于风剪切效应影响,尾流轴向速度垂直剖面以轮毂中心线呈不对称性分布,尾流下半部区域较上半部区域的轴向速度恢复更快...     

风沙环境下风力机叶片冲蚀磨损的数值研究

基于N-S方程,结合RNG k-ε湍流模型和DPM模型对风沙环境下风轮的冲蚀磨损行为进行数值计算。通过分析不同颗粒直径和浓度下风轮的冲蚀磨损特性,研究风沙对风力机叶片冲蚀磨损的主要部位,以及叶片磨损与颗粒粒径和沙尘浓度的关系。研究发现,叶片磨损最严重的区域位于叶片前缘部分,次严重区域为叶片压力面;颗粒粒径对叶片磨损区域和磨损速率的大小影响显著;颗粒浓度对磨损位置影响很小,叶片的磨损速率随着颗粒浓度的增加呈线性规律增加。     

风力机叶片涂层风沙冲蚀磨损特性的风洞试验研究

传统的挟沙冲蚀试验台与风沙风洞难以构建均匀风沙流场,难以准确反映风力机叶片的风沙磨损特性。因此,在改造的风沙风洞中,通过对风力机叶片平板试样开展涂层冲蚀磨损试验,探究不同冲击速度、冲击角度及有效截面质量流率对风力机叶片涂层材料冲蚀特性的影响规律。试验结果表明：有效颗粒质量流率一定时,在相同冲击速度与冲击时间内,磨损量在冲击角度约为30°时达到最大。小于30°时,磨损量随冲击角度的增大而快速增加,大于30°时磨损量随冲击角度的增大而逐渐降低;磨损量随冲击速度的增大而增大;磨损量随有效颗粒质量流率的增大而呈线性增大趋势;切削磨损量与总磨损量有相同趋势,冲击磨损量随着冲击角度的增大而逐渐增大。     

基于外场风力机翼型的非定常特性研究

以测绘的外场真实叶片为研究对象,截取有代表性的叶尖和叶根翼型,对比研究其非定常特性。结果表明:运行在小攻角(2.93°)下的叶尖翼型,由于其表面相对较大的粗糙度和增大的尾缘厚度联合作用诱导出极其复杂的旋涡结构,使其升阻力系数呈现周期性变化规律、压力呈现复杂的动态分布形式;而叶根翼型由于其大功角(11.273°)运行和增大的尾缘厚度联合作用,导致气动力出现非定常变化,流场出现强烈的大尺度旋涡结构;说明同一叶片表面粗糙度不同、运行攻角及尾缘厚度不同,会在不同翼型断面诱导出不同的旋涡结构,导致叶片出现复杂的非定常气动特性。     

气固两相对翼型层流分离及转捩的影响研究

为了研究气固两相对翼型表面层流分离及转捩的影响,首先基于Transition SST模型,对平板和S809翼型的转捩特性进行数值模拟,并将模拟结果与实验值进行对比分析,验证Transition SST模型模拟边界层转捩的优越性。然后在清洁空气和含不同粒径颗粒的气固两相流中,对风力机专用翼型DU93-W-212进行数值模拟,对比分析间歇因子和摩阻系数,结果表明:当颗粒直径小于150μm时,颗粒的加入使得翼型边界层层流分离和转捩均提前发生,且颗粒直径越小,提前位置越多;当颗粒直径大于等于150μm时,层流分离和转捩的位置几乎与清洁空气下一致。     

风剪切来流下风力机叶片表面压力的分布规律

以某33 kW两叶片水平轴风力机的风轮和NREL PhaseⅥ风力机叶片为研究对象,数值模拟得到均匀来流条件下NREL PhaseⅥ风力机叶片表面压力系数的分布规律并与实验值进行对比,验证数值计算方法的有效性。在此基础研究不同风剪切来流对风力机叶片表面压力的影响及风剪切来流下叶片表面压力随方位角的变化规律。结果表明:当风剪切指数由0.3增至0.5时,叶片表面压力在不同方位角下发生不同的变化;剪切来流下,在叶片压力面和吸力面未发生流动分离的区域,压力随方位角呈现正余弦的变化趋势,越靠近尾缘,压力的波动幅度越小;在吸力面压力最小值的位置压力随方位角的波动幅度最大;在叶片吸力面发生流动分离的区域,压力随方位角的波动不稳定;无论是压力面还是吸力面,压力随方位角的变化均存在相位滞后现象,越靠近叶根,滞后现象越明显。