面向设计的风力机翼型气动特性数值研究

摘要

风力机叶片的设计需要考虑多学科的问题，包括空气动力学、结构动力学、材料力学等内容。翼型是构成风力机叶片儿何外形的基本要素，因此翼型性能的好坏直接决定了风力机性能的好坏。传统风力机叶片多采用航空翼型，此类翼型通常具有较大的前缘粗糙度敏感性，当叶片表面由于灰尘、油污等原因变得不光滑时，升力系数和升阻比都会有很大程度的下降；另外，由于风力机叶片有不断增大的趋势，各剖面翼型的工作Re变化范围为105～107，掌握不同Re数对翼型气动特性的影响规律对风力机叶片的设计及载荷计算十分必要。因此研究表面粗糙度和雷诺数对翼型气动性能的影响足比较热点的问题。
　　 本论文的研究工作是863课题“风力机组叶片的先进翼型族设计与应用”的一部分，论文研究工作主要包括以下内容：(1)对现有公开发表的翼型进行调研，归纳整理其几何特性，总结弯度、厚度、前缘半径等几何因素对翼型气动性能的影响规律；(2)介绍了翼型气动计算的两种方法CFD和面元法，对两种方法分别进行了验证，确定了计算方法的可靠性，并对两种方法进行了比较；(3)利用NUMECA软件，采用带有壁面函数的K-E模型，模拟了翼型表面粗糙度对气动性能的影响；(4)通过搜集翼型气动性能实验数据与CFD计算相结合的方法，总结了雷诺数对翼型气动特性的影响。为以后风力机翼型的设计提供了基础。