提高风力机翼型气动性能的数值研究

摘要

随着近年来我国风电产业的飞速发展，发电用户对风力机的要求越来越高，这就要求风力机制造商生产出更高风能利用率的风力机。在我国翼型研制水平较低的大背景下，人们纷纷将目光投向了对风力机叶片的优化设计上并取得了一定的成果。本文使用Huent计算软件、采用S-A湍流模型和Simple算法对三维NACA0015叶片在低马赫数条件下施加定常吸气以及叶表加小圆柱的流场进行了数值模拟。
　　首先，在三维条件下对空气绕流叶片的流场进行模拟，分析结果发现：与二维条件下的模拟结果有所不同，空气绕流三维叶片时虽然同样会在叶片尾部形成分离流动，但是叶片表面的分离涡以偶数个反方向渦对的形式分离叶片表面，并且分离涡沿着叶展方向是周期性变化的。
　　其次，研究定常吸气对风力机气动性能的影响。研究发现在叶片吸力面分离点附近施加定常吸气可有效提高翼型升力、推迟叶片表面流动分离，翼型升力随着抽气孔长度的增大而升高；对三维叶片施加抽气控制存在最佳的抽气孔长I和抽气间隔d。
　　最后，数值模拟叶表小圆柱对风力机气动性能影响。研究发现，当攻角为18°时，在距离叶片前缘0.1倍弦长、距离叶片表面0.04 m处设置直径为0.02 m的微小圆柱可以有效提高叶型升力、增加叶表流速、降低叶表压强、推迟叶片表面流动分离。叶片升力最大时对应的圆柱距叶片表面的距离随着圆柱直径的增大而增大，并且选取不同的圆柱直径时计算得到的最大升力基本相同。

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