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风力机翼型表面粗糙度对翼型气动性能的影响

饶帅波  
【摘要】:随着科学技术的发展,能源需求日益增大,同时,环境保护问题也迫在眉睫,风能作为一种清洁的可再生环保能源以其独特的优越性越来越受到社会的重视。风力发电是利用风能的主要形式,叶片是风力机中最关键的部件之一,达到整机价值20%左右,而翼型表面粗糙度是影响翼型气动特性的主要因素之一。 本文首先在分析国内外风电研究现状、风力机翼型研究现状的基础上,对风力机翼型空气动力学的基本理论做了详细介绍,包括翼型的几何特性,传统风力机翼型系列和风力机专用翼型系列等,并对各种系列翼型的空气动力特性进行了描述。其次,通过FLUENT软件对DU93-W-210翼型进行数值计算,验证了选用SST k -ω两方程作为CFD数值计算的湍流模型,可有效地进行风力机专用翼型的气动性能研究。最后,研究了翼型表面粗糙度对翼型气动性能的影响,并列出了主要规律: (1)对相同厚度的翼型,前缘吸力面厚度越小,气动性能对粗糙度的敏感性越低;薄翼型对粗糙度的敏感性低,厚翼型对粗糙度的敏感性高。 (2)当翼型表面粗糙凸台高度大于0.32mm时,该翼型的气动性能就会受到影响:升力系数随着粗糙凸台高度的增加而减小,阻力系数随着粗糙凸台高度的增加而增大。此时,气动性能明显下降,而且粗糙凸台越大,翼型的气动性能降幅越明显。 (3)翼型前缘的粗糙度对气动性能影响最大,可直接导致其气动性能下降。翼型后缘的粗糙度对翼型的气动性能影响较小。值得注意的是,在翼型尾缘处的粗糙度还可以提升翼型的气动性能。


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