风力机翼型结冰及其气动性能的数值模拟研究

摘要

寒冷地区风力机结冰问题已受到世界广泛关注，目前国内针对风力机翼型结冰过程的数值模拟与气动特性的研究进展缓慢。 本文采用CFD软件对风力机叶片常用翼型NACA63418在特定气象条件下对其结冰过程进行了数值模拟，得到霜冰以及明冰两种不同形态的结冰冰型几何。以结冰前后的风力机翼型做为研究对象，采用商用软件FLUENT对其气动性能进行数值模拟分析。对比研究了霜冰及明冰两种不同结冰冰型所引起的风力机翼型气动性能的变化。与未结冰时比较，结冰改变了翼型几何外形，霜冰情况在小攻角情况下会延缓失速，明冰情况下在结冰区域后提前发生流动分离现象，使翼型失速提前，造成翼面压力分布波动，导致翼型气动特性明显降低、升阻比下降，升力系数最大降低57％，且明冰造成的气动恶化影响较霜冰更为明显。本文研究可为风力机结冰的基础研究提供理论基础，为开发风力机防冰系统提供参考依据。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 风力发电研究背景

1．1．2 本课题研究背景

1．2 风力机结冰研究现状及发展动态分析

1．2．1 国外风力机结冰研究现状与发展

1．2．2 国内风力机结冰研究现状与发展

1．3 论文研究意义与内容

第2章 风力机翼型结冰数值模拟方法

2．1 计算模型

2．2 计算域及网格

2．3 翼型绕流流场数值计算方法

2．3．1 Fluent简介

2．3．2 控制方程

2．3．3 有限体积法空间离散

2．3．4 Runge-Kutta法显式时间推进

2．3．5 边界条件

2．3．6 加速收敛措施

2．3．7 Transition SST湍流模型

2．3．8 数值方法及湍流模型选取的可靠性验证

2．4 过冷水滴碰撞函数数值求解方法

2．4．1 水滴撞击特性及其影响因素

2．4．2 水滴运动轨迹求解

2．4．3 结冰热力学模型

2．4．4 结冰厚度计算

2．4．5 壁面边界重构与光顺

第3章 风力机翼型结冰过程及其气动分析的数值模拟

3．1 计算条件

3．1．1 翼型结霜冰计算条件

3．1．2 翼型结明冰计算条件

3．2 结冰冰型几何外形分析

3．2．1 覆霜冰翼型几何

3．2．2 覆明冰翼型几何

3．3 计算网格生成

第4章 翼型结冰前后气动性能分析

4．1 升阻力系数曲线对比图

4．2 流场分析

4．3 压力系数分布曲线对比图

4．4 速度云图对比

4．5 小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

在学期间发表论文和参加科研情况

致谢