風力機翼型繞流場數值模擬及氣動性能參數優(yōu)化.pdf

1、風力發(fā)電機是近年來受到廣泛關注的新能源設備，其重要組成部分風力機及其翼型，直接影響著風力發(fā)電機的性能，研究開發(fā)具有高升力系數、高升阻比和良好失速性能的翼型，一直以來是風力機領域研究的熱門課題。 本文采用有限體積法以及基于壓力修正的SIMPLE方法和k-ω為基礎的SST湍流模型，在大范圍攻角下對三種典型風力機翼型一傳統(tǒng)翼型NACA0015、專用翼型FFA-W3-211和FFA-W3-360的繞流場進行了數值模擬和氣動性能分析，并針

2、對FFA-W3-211翼型最大升力系數和臨界失速攻角下的升阻比不夠高的問題進行了氣動性能優(yōu)化。主要研究內容和結論如下： 研究了風力機翼型的國內外現(xiàn)狀和流場數值模擬關鍵技術現(xiàn)狀，闡述了翼型的現(xiàn)代設計方法。 對翼型繞流場計算網格劃分、湍流模型的選擇和數值求解方法等CFD問題進行了系統(tǒng)研究。采用C型分區(qū)和貼體坐標變換法生成了質量較好的結構化網格，建立了對翼型繞流場流動分離預報更準確的SSTk-ω湍流模型，求解方法采用了適合低速

3、問題SIMPLE方法，其中擴散項采用了二階中心差分格式，對流項采用了QUICK格式，有效控制了數值耗散。 基于以上工作，本文采用著名商用CFD軟件FLUENT對傳統(tǒng)風力機翼型NACA0015和專用翼型FFA-W3-211和FFA-W3-360等三種典型風力機翼型的繞流場進行了數值模擬和氣動性能分析。通過分析發(fā)現(xiàn)了翼型FFA-W3-211在臨界失速攻角下升力系數和升阻比不夠高的問題。本文著重對翼型繞流場進行了全面和深入的分析和研究

4、，研究發(fā)現(xiàn)單分離渦和雙分離渦對翼型升力系數和升阻比變化的影響存在差異，從而提出了基于控制分離渦數量的改善翼型氣動性能的途徑；同時對翼型幾何參數對氣動性能的影響進行了分析。 針對專用翼型FFA-W3-211在臨界失速攻角下升力系數和升阻比不夠高的問題，以提高FFA-W3-211翼型臨界失速攻角下的升力系數和升阻比為優(yōu)化目標，對建立的多目標優(yōu)化模型采用統(tǒng)一目標函數法進行處理，利用復合形法搜索最優(yōu)翼型，達到了預定設計目標，結果表明在現(xiàn)