Magnus效應(yīng)風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能數(shù)值模擬及翼型優(yōu)化探索.pdf

1、風(fēng)力機(jī)是將風(fēng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的關(guān)鍵設(shè)備，一向是風(fēng)能發(fā)展技術(shù)的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。風(fēng)力機(jī)葉片是能量轉(zhuǎn)化的核心裝置，其性能直接影響整機(jī)的風(fēng)能利用效率。商業(yè)化水平軸風(fēng)力機(jī)單機(jī)容量多為兆瓦級別，葉片長度均達(dá)到數(shù)十米，重力載荷較大；為了提高風(fēng)能利用效率葉片多伴有一定的扭轉(zhuǎn)角，葉片制造加工有一定的難度，并對攻角比較敏感；此類型風(fēng)力機(jī)切入速度多為4m/s及以上，在中低速風(fēng)速區(qū)間效率不高。而基于Magnus效應(yīng)的葉片構(gòu)型，其可有效地利用中低速風(fēng)資源，且葉片

2、加工制造較為簡單，然而其在風(fēng)能利用效率方面仍不及傳統(tǒng)大型商業(yè)化風(fēng)力機(jī)。因此運(yùn)用數(shù)值模擬技術(shù)研究其流場規(guī)律并探究不同葉片配置，尋找提升效率的途徑是非常必要的。
　　本文首先介紹傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)理論例如致動(dòng)槳盤理論，葉素理論，以及簡化葉素動(dòng)量理論等，并結(jié)合Magnus效應(yīng)風(fēng)力機(jī)實(shí)際情況對公式進(jìn)行一定的擴(kuò)展與改寫，建立其對應(yīng)的空氣動(dòng)力學(xué)模型。
　　其次簡要地介紹計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件的基本工作原理。并運(yùn)用數(shù)值模擬軟件Fluent

3、對其二維翼型在不同來流風(fēng)速以及自轉(zhuǎn)速度工況下模擬，研究其流場特性。得出二維旋轉(zhuǎn)圓柱繞流的升力系數(shù)隨著轉(zhuǎn)速的增大而增大，隨著來流風(fēng)速的增大而減小，且數(shù)值與周速比正相關(guān)。二維翼型在中低風(fēng)速區(qū)的升阻比數(shù)值較高。
　　再次對于不同配置的三維葉輪進(jìn)行不同工況模擬，研究葉片幾何外形參數(shù)對于風(fēng)能利用效率的影響，并探究葉片最優(yōu)配置。得出葉輪在周速比為2到6時(shí)效率可達(dá)到25％以上，且6葉片配置更優(yōu)。
　　最后針對Magnus效應(yīng)風(fēng)力機(jī)翼型升阻