水平軸風(fēng)力機(jī)翼型非定常氣動(dòng)特性研究.pdf

1、風(fēng)力機(jī)葉片的氣動(dòng)性能是研制髙水平風(fēng)力機(jī)的關(guān)鍵因素，對(duì)其氣動(dòng)特性的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和對(duì)相關(guān)流動(dòng)的有效控制是提升研制能力的兩個(gè)重要方面。在氣動(dòng)性能預(yù)測(cè)方面，翼型作為風(fēng)力機(jī)葉片的基本組成要件，其氣動(dòng)模型的預(yù)測(cè)精度（尤其在非定常工況下）直接影響到風(fēng)力機(jī)整體氣動(dòng)性能的預(yù)測(cè)結(jié)果。由于工程應(yīng)用中預(yù)測(cè)模型對(duì)計(jì)算時(shí)間方面的需求，建立準(zhǔn)確和高效的風(fēng)力機(jī)翼型氣動(dòng)模型可以為風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)特性的預(yù)測(cè)提供理論基礎(chǔ)。葉尖渦是水平軸風(fēng)力機(jī)的主要三維流動(dòng)結(jié)構(gòu)，對(duì)風(fēng)力機(jī)的輸出功率

2、、噪聲水平和疲勞載荷等具有重要影響，工程應(yīng)用中希望能獲得有效控制葉尖渦的方法。
　　本文首先通過(guò)數(shù)值計(jì)算獲得了風(fēng)力機(jī)動(dòng)態(tài)失速工況的流場(chǎng)，采用模態(tài)分解的方法進(jìn)一步分析繞翼非定常流場(chǎng)。其次基于數(shù)值計(jì)算結(jié)果，利用降階模型建立了風(fēng)力機(jī)翼型非定常氣動(dòng)模型，為提高風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化能力提供理論支持。最后針對(duì)流動(dòng)控制問(wèn)題，通過(guò)P IV技術(shù)測(cè)量探究了葉尖導(dǎo)流管結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)力機(jī)葉尖流動(dòng)的控制效果，并利用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值數(shù)據(jù)分析闡述其流動(dòng)機(jī)理，為該方法在風(fēng)力機(jī)

3、中的運(yùn)用提供了理論與數(shù)據(jù)支持。本文具體內(nèi)容如下：
　　1.采用數(shù)值計(jì)算方法，基于帶轉(zhuǎn)捩修正的k-m SST湍流模型以及滑移網(wǎng)格技術(shù)，對(duì)作周期振蕩的S809翼型的非定常流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，并對(duì)深度動(dòng)態(tài)失速工況下的非定常流場(chǎng)特性進(jìn)行了詳細(xì)分析。
　　2.基于數(shù)值計(jì)算結(jié)果，采用POD和 DM D兩種模態(tài)分解方法對(duì)深度動(dòng)態(tài)失速工況時(shí)的流場(chǎng)展開了進(jìn)一步研究?；谀B(tài)分解得到的速度矢量和翼

4、型表面壓力系數(shù)，對(duì)該流場(chǎng)的非定常特性進(jìn)行了分析，直觀地給出了該工況的非定常流場(chǎng)特性。
　　3.以數(shù)值計(jì)算得到的翼型氣動(dòng)特性數(shù)據(jù)為樣本，分別建立三種不同的降階模型，對(duì)不同類型非定常工況的翼型氣動(dòng)特性參數(shù)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。通過(guò)對(duì)比分析，揭示了不同降階模型的適用范圍以及計(jì)算準(zhǔn)確性。
　　4.對(duì)深度失速工況，對(duì)比了 SBRF模型和傳統(tǒng)半經(jīng)驗(yàn)工程模型的預(yù)測(cè)結(jié)果，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)和計(jì)算數(shù)據(jù)的對(duì)比，分析了 SBRF模型對(duì)翼型非定常工況的氣動(dòng)預(yù)測(cè)精度和

5、對(duì)極值的捕捉能力。
　　5.采用P IV方法對(duì)有無(wú)葉尖導(dǎo)流管結(jié)構(gòu)的模型風(fēng)力機(jī)葉頂區(qū)域流場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量，捕捉到了葉尖渦的流動(dòng)，并對(duì)其特性進(jìn)行分析。在對(duì)比有無(wú)葉尖導(dǎo)流管葉片風(fēng)輪的實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，得到了該流動(dòng)控制方法對(duì)風(fēng)力機(jī)葉尖渦區(qū)域流場(chǎng)尤其是葉尖渦的影響效果，驗(yàn)證了葉尖導(dǎo)流管結(jié)構(gòu)改善風(fēng)力機(jī)近場(chǎng)尾跡流動(dòng)的能力。
　　6.參考Vatistas修正渦核模型，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)原型風(fēng)輪葉尖渦誘導(dǎo)旋動(dòng)速度在渦核外的下降速度進(jìn)行研究，得到了渦核