風(fēng)力機葉片設(shè)計與流場仿真.pdf

1、隨著全球能源問題的日益嚴重,各國對新能源的開發(fā)利用越來越重視,特別是風(fēng)能的開發(fā)和利用更受到廣泛關(guān)注。葉片是風(fēng)力機將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為動能的核心部件,國外對其設(shè)計方法的研究很早就開始并發(fā)展出了眾多設(shè)計理論和方法,但是我們國家從上世紀末才開始重視這方面的研究。本文對風(fēng)力機葉片的設(shè)計理論和方法進行了總結(jié),同時通過數(shù)值模擬的方法對葉片進行氣動仿真和分析。首先,對風(fēng)力機葉片的設(shè)計理論進行總結(jié)和歸納,并對Glauert設(shè)計法進行推導(dǎo),同時在此基礎(chǔ)上引入葉尖

2、損失因子得出Wilson設(shè)計法的主要公式。通過對Wilson法的分析,利用MATLAB語言對該方法進行程序設(shè)計,程序最終將葉片各截面葉素的空間坐標參數(shù)寫入文本文件,可直接導(dǎo)入繪圖軟件進行建模。其次,利用商用CFD軟件Fluent對風(fēng)力機設(shè)計時選用的翼型NACA4412進行二維的流場仿真。得到雷諾數(shù)為300000、攻角小于28°時,翼型的升力系數(shù)和阻力系數(shù)以及壁面上壓力系數(shù)的變化的曲線,以及攻角11°到17°的翼型周圍流線圖。根據(jù)以上探討

3、攻角變化對邊界層分離的影響,以及邊界層分離對升阻系數(shù)和壁面壓力系數(shù)的影響。說明NACA4412在攻角小于13°的范圍內(nèi)未發(fā)生邊界層分離,并且具有比較好的升阻特性,適合作為中小型風(fēng)力機葉片翼型。最后,以10KW風(fēng)力機葉片為實例進行設(shè)計計算和實體建模(Solidworks),并利用Fluent對葉片設(shè)計工況和非設(shè)計工況的三維流場進行仿真,得到風(fēng)能利用系數(shù)、軸向推力系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù)等氣動參數(shù),并根據(jù)這些氣動參數(shù)對葉片氣動性能進行分析和預(yù)估。另外