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《重庆大学》 2008年
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水平轴风力机叶片气动性能数值模拟

王艳萍  
【摘要】: 随着能源问题和环境问题的日益突出,作为一种清洁的可再生能源,风能的开发利用已得到世界各国的高度重视,我国风力发电事业近十年也得到了快速发展。在风力机研制和生产过程中还存在一些问题,其中一个关键问题是适应于不同风场的风力机的气动特性。目前广泛应用的气动性能研究方法是基于传统的叶素理论以及二维翼型风洞实验数据,而实际的风力涡轮是三维及旋转的,采用该方法低估了实际风轮的动力产生。随着现代计算机技术的发展和三维湍流模拟技术的提高,CFD方法在风力机气动性能研究中的作用越来越明显。 本文选取在传统水平轴风力机中使用较多的NACA63-215翼型建立了绕翼型流动的二维和三维物理、数学模型,采用NUMECA公司的商业软件FINE/TURBO软件包进行计算,湍流粘度分别采用基于RANS的Baldwin-Lomax,Spalart-Allmaras和k-ε三种湍流模型来处理,采用时间相关法求解,Jameson的中心差分格式,四阶Runge-Kutta法进行时间推进。为了加速收敛,使用了多重网格技术和隐式残差平均技术,结果以等值线、云图、速度矢量图、流线、二维曲线等方式较为形象直观地描述了流场的运动规律。数值模拟结果表明,基于RANS的Spalart-Allmaras湍流模型计算出的二维翼型气动性能与实验测试值更接近。 而后基于叶片的旋转坐标系建立了叶片三维物理和数学模型,湍流模型选取在翼型气动性能计算中所得结果与实验值较为接近的Spalart-Allmaras湍流模型,结果显示结合定量的压力分布曲线和定性的壁面极限流线清晰地反映不同工况的流场。通过对比二维非旋转与三维旋转模型的计算结果发现,三维旋转风轮截面的静压分布与二维非旋转条件下翼型表面静压分布有较大差别,从而验证了静态失速问题的存在并分析出现此现象的机理。 本论文研究表明,在旋转的作用下,风力机叶片的气动特性大大改变,所以研究三维旋转效应,进一步探索认清其规律有一定的工程价值;另一方面,CFD方法应用于求解风力机流场特性是可行的,可作为实验研究的一种补充和预测手段,随着计算机的发展以及湍流模型的不断完善,计算流体力学的应用必将成为风力机气动性能计算的发展趋势。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TK83

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 吴小飞;水平轴风力机叶片气动性能数值模拟[D];重庆大学;2011年
2 郭进勇;1.5MW风力机风轮叶片气动性能数值模拟与分析[D];西华大学;2010年
3 成明;垂直轴潮流水轮机水动力性能与数值模拟研究[D];华北电力大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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3 俞国华;水平轴风力机叶片失速问题研究[D];上海交通大学;2013年
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5 叶小嵘;海上浮式风力机系统环境载荷及耦合运动性能研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
6 李俊;大型风电机组整机及关键部件仿真分析与优化设计研究[D];重庆大学;2011年
7 马志勇;大型风电叶片结构设计方法研究[D];华北电力大学(北京);2011年
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9 李媛;风力机叶片流固耦合数值模拟[D];华北电力大学;2013年
10 陈洪胜;后掠型风力机叶片的启动特性研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2012年
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1 刘小卡;水平轴风力机气动设计与实体建模[D];上海交通大学;2010年
2 焦红瑞;水平轴风力机气动性能数值模拟及优化设计[D];华北电力大学(河北);2010年
3 吴小飞;水平轴风力机叶片气动性能数值模拟[D];重庆大学;2011年
4 陈扬;水平轴风力机翼型外部流场的数值模拟与气动特性分析[D];辽宁工程技术大学;2011年
5 樊炎星;1.0MW水平轴风力机叶片设计研究[D];重庆大学;2010年
6 张慧珍;1.5MW水平轴风力机叶片结构性能分析[D];西华大学;2011年
7 盛杰;小型水平轴风力机的优化设计和数值模拟[D];华中科技大学;2011年
8 张耀华;水平轴风力机叶片气动性能数值模拟[D];重庆大学;2013年
9 李应龙;水平轴风力机气动噪声预测的研究[D];上海交通大学;2010年
10 周振凯;水平轴风力机叶片优化设计[D];重庆大学;2011年
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