风力机专用新翼型及其气动特性研究

【摘要】： 本论文针对国家自然科学基金项目“适用于风力机全工况的专用新系列翼型 研究及其气动特性分析”，用理论分析计算和风洞试验相结合的方法研究风力机 专用新翼型的气动性能。论文包括三部分：风力机翼型的基本理论、气动性能计 算、风洞试验与结果分析。 风力机翼型的基本理论部分讨论了雷诺数、马赫数及边界层等翼型基本概 念，并分析了翼型的几何参数和空气动力特性及其对翼型气动性能的影响。翼型 几何参数包括翼弦、前缘半径、厚度、中弧线、弯度和尾缘厚度等，这些参数直 接影响翼型的气动性能。影响翼型气动性能的空气动力特性有雷诺数、边界层、 粗糙度、湍流度和攻角等。同时，着重讨论了典型的风力机传统翼型和专用新翼 型的特点和气动性能，以及它们在风力机上的应用。 气动性能计算采用粘性和无粘性结合的分析计算方法。论文中详细讨论了计 算理论模型，并用低雷诺数翼型分析和设计软件XFOIL分析了两种典型翼型在 相同马赫数、不同雷诺数和相同雷诺数、不同马赫数时的气动性能。分析结果表 明：雷诺数和马赫数对翼型气动性能有较大的影响。雷诺数较大的情况下，翼型 升力系数较高；而马赫数较大时，翼型升力系数较低，而阻力系数较高。同时， 还尝试用XFOIL进行翼型外形直接数值优化设计，选取翼型的前缘半径、中弧 线弯度和尾缘厚度作为设计变量，以最大升力系数和升阻比的代数加权和为设计 的目标函数，得到了和参考翼型最大相对厚度相同、外形相近且在其失速前具有 较高升力系数和升阻比的新翼型。 风洞试验在汕头大学风洞实验室进行。试验研究了两种典型翼型在8m/s和 12m/s两种风速下的气动性能，其中一种翼型的攻角范围从-30到42度，另一 种翼型的攻角从-30到60度，并与XFOIL的计算结果进行了比较。试验和计 算取得了较一致的结果，验证了计算方法的可行性。