風(fēng)沙環(huán)境下風(fēng)力機(jī)葉片及翼型的邊界層特性研究.pdf

1、隨著全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源危機(jī)以及環(huán)境危機(jī)變得越來(lái)越嚴(yán)重，在此形勢(shì)下，自然界中的風(fēng)能作為一種可再生的清潔能源登上了歷史舞臺(tái)，并且日益受到世界各國(guó)的高度重視，使得風(fēng)力發(fā)電在全球范圍迅速得到發(fā)展。我國(guó)西北地區(qū)的甘肅、新疆、內(nèi)蒙等省份風(fēng)資源充足，是我國(guó)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總量最多的區(qū)域，但是在這幾個(gè)省份內(nèi)分布著大面積沙漠，沙塵暴天氣頻繁，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不可避免地要在風(fēng)沙環(huán)境中運(yùn)行。葉片是風(fēng)力機(jī)最主要的部件，也是最容易受沙塵沖擊和磨損的部件，在風(fēng)沙

2、環(huán)境下，當(dāng)含沙的空氣繞流風(fēng)力機(jī)葉片時(shí)，由于流體粘性的影響，在風(fēng)力機(jī)葉片表面會(huì)形成一層極薄的剪切層，就是邊界層。
　　本文主要從邊界層的角度著手，分析風(fēng)沙環(huán)境下風(fēng)力機(jī)葉片及翼型吸力面邊界層的相關(guān)特性，以便為研究風(fēng)沙環(huán)境對(duì)葉片的磨損機(jī)理以及為風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。
　　1、以NACA0012三維對(duì)稱(chēng)翼型作為研究對(duì)象，根據(jù)普朗特邊界層理論，通過(guò)求解三維不可壓縮N-S方程，對(duì)0°攻角下的三維翼型繞流進(jìn)行模擬求解，確定了邊界層

3、的外邊界，得到邊界層四種厚度（名義厚度、位移厚度、動(dòng)量損失厚度、能量損失厚度）沿翼型弦向的分布規(guī)律，以及弦向不同位置處，翼型吸力面邊界層內(nèi)流體切向速度沿吸力面外法線方向的分布情況。
　　研究發(fā)現(xiàn)：邊界層名義厚度δ沿著翼型弦向呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，在翼型尾緣處厚度最大；邊界層名義厚度δ相比翼型的弦長(zhǎng)c要小很多，在翼型尾緣處名義厚度δ的最大值為0.0013m，占弦長(zhǎng)的1.25％；邊界層的位移厚度δ*、動(dòng)量損失厚度θ以及能量損失厚度δ**的值也非

4、常小，最大值同樣出現(xiàn)在翼型的尾緣處,分別占翼型弦長(zhǎng)的大約0.36%、0.17%和0.29%；
　　2、以NACA0012三維對(duì)稱(chēng)翼型作為研究對(duì)象，選取攻角為0°和15°，結(jié)合實(shí)際沙塵天氣情況，在來(lái)流空氣中加入直徑為70μm，濃度為0.31×105μg/m3的沙粒（普通沙塵暴天氣），采用離散相模型進(jìn)行氣固兩相數(shù)值模擬，研究風(fēng)沙環(huán)境對(duì)NACA0012翼型邊界層特性的影響。
　　研究發(fā)現(xiàn)：攻角為0°時(shí)，在來(lái)流中加入沙粒幾乎沒(méi)有引起

5、邊界層的相關(guān)特性（名義厚度δ、位移厚度δ*、動(dòng)量損失厚度θ、能量損失厚度δ**以及邊界層內(nèi)流體的切向速度u）發(fā)生明顯變化，而當(dāng)α為15°時(shí)，來(lái)流中加入沙粒除了在翼型前緣附近對(duì)邊界層的相關(guān)特性有較小的影響外，其余位置均沒(méi)有明顯影響。這是由于15°時(shí)攻角α相對(duì)較大，前緣處的邊界層厚度極小，幾乎接近于0，在來(lái)流中加入沙粒之后，更增大了流體的擾動(dòng)，導(dǎo)致沿壁面法線方向相同高度處流體的切向速度u有所減?。?br>　　3、以某直徑為0.5m的兩葉片風(fēng)