對大氣邊界層內(nèi)傳統(tǒng)葉片(NACA4418)及馬格努斯型Chiral葉片的性能研究.pdf

1、目前，大多數(shù)水平軸風(fēng)力機(jī)是依據(jù)水平均勻來流的假設(shè)來設(shè)計的。然而，當(dāng)大規(guī)模水平軸風(fēng)力機(jī)置于幾百米高的大氣層時這樣的假設(shè)是不太合理的。由于地面粘度和地形粗糙度的存在，靠近地面的大氣邊界層處存在較大的風(fēng)力梯度，該梯度作用于葉片上將產(chǎn)生葉片的轉(zhuǎn)矩和俯仰力矩的變化，從而導(dǎo)致輸出功率的減少。
　　本文提出了一種基于馬格努斯效應(yīng)的風(fēng)能葉片的新構(gòu)型——Chiral葉片，目的是研究Chiral葉片在大氣邊界層內(nèi)產(chǎn)生升力以及提高輸出功率的可能性。在整

2、個研究中，NACA4418將被選擇作為傳統(tǒng)葉片的參考模型，Chiral葉片將被簡化為自旋的圓筒。該研究將包括兩個獨立的部分：（1）量化由于在大氣邊界層內(nèi)部使用傳統(tǒng)葉片而產(chǎn)生功率損失的比例，（2）估量當(dāng)以Chiral葉片代替?zhèn)鹘y(tǒng)葉片的增益效率。首先，本文應(yīng)用葉片微元動量理論（blade element momentum，BEM）建立葉片氣動性能計算模型，基于該模型編制Python語言程序設(shè)計出傳統(tǒng)葉片幾何模型，再利用EXCEL計算大氣邊界

3、層內(nèi)傳統(tǒng)葉片的功率損失，然后通過假定每個傳統(tǒng)葉片葉素可工作在最佳升力狀態(tài)，我們設(shè)計出一種等效的優(yōu)化葉片（Chiral葉片）并與之前的傳統(tǒng)葉片進(jìn)行比較。為了獲得更精確的結(jié)果，我們將使用計算流體力學(xué)（CFD）軟件FLUENT來模擬偽旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，即在大氣邊界層內(nèi)的葉片繞軸的轉(zhuǎn)動將通過簡單地改變?nèi)肷湎鄬︼L(fēng)速的設(shè)置來模擬，以比較這兩種情況。
　　結(jié)果顯示，在BEM計算結(jié)果中，由于大氣邊界層的影響傳統(tǒng)葉片效率損失大概為10％，而在以Chiral