水平軸風力機翼型非定常氣動特性研究.pdf

1、風力機葉片的氣動性能是研制髙水平風力機的關鍵因素，對其氣動特性的準確預測和對相關流動的有效控制是提升研制能力的兩個重要方面。在氣動性能預測方面，翼型作為風力機葉片的基本組成要件，其氣動模型的預測精度（尤其在非定常工況下）直接影響到風力機整體氣動性能的預測結果。由于工程應用中預測模型對計算時間方面的需求，建立準確和高效的風力機翼型氣動模型可以為風力機葉片氣動特性的預測提供理論基礎。葉尖渦是水平軸風力機的主要三維流動結構，對風力機的輸出功率

2、、噪聲水平和疲勞載荷等具有重要影響，工程應用中希望能獲得有效控制葉尖渦的方法。
　　本文首先通過數(shù)值計算獲得了風力機動態(tài)失速工況的流場，采用模態(tài)分解的方法進一步分析繞翼非定常流場。其次基于數(shù)值計算結果，利用降階模型建立了風力機翼型非定常氣動模型，為提高風力機的設計和優(yōu)化能力提供理論支持。最后針對流動控制問題，通過P IV技術測量探究了葉尖導流管結構對風力機葉尖流動的控制效果，并利用實驗和數(shù)值數(shù)據(jù)分析闡述其流動機理，為該方法在風力機

3、中的運用提供了理論與數(shù)據(jù)支持。本文具體內容如下：
　　1.采用數(shù)值計算方法，基于帶轉捩修正的k-m SST湍流模型以及滑移網(wǎng)格技術，對作周期振蕩的S809翼型的非定常流場進行了數(shù)值模擬，通過與實驗數(shù)據(jù)的對比驗證了數(shù)值模擬結果的準確性，并對深度動態(tài)失速工況下的非定常流場特性進行了詳細分析。
　　2.基于數(shù)值計算結果，采用POD和 DM D兩種模態(tài)分解方法對深度動態(tài)失速工況時的流場展開了進一步研究?；谀B(tài)分解得到的速度矢量和翼

4、型表面壓力系數(shù)，對該流場的非定常特性進行了分析，直觀地給出了該工況的非定常流場特性。
　　3.以數(shù)值計算得到的翼型氣動特性數(shù)據(jù)為樣本，分別建立三種不同的降階模型，對不同類型非定常工況的翼型氣動特性參數(shù)進行了預測。通過對比分析，揭示了不同降階模型的適用范圍以及計算準確性。
　　4.對深度失速工況，對比了 SBRF模型和傳統(tǒng)半經(jīng)驗工程模型的預測結果，通過與實驗和計算數(shù)據(jù)的對比，分析了 SBRF模型對翼型非定常工況的氣動預測精度和

5、對極值的捕捉能力。
　　5.采用P IV方法對有無葉尖導流管結構的模型風力機葉頂區(qū)域流場進行了實驗測量，捕捉到了葉尖渦的流動，并對其特性進行分析。在對比有無葉尖導流管葉片風輪的實驗結果后，得到了該流動控制方法對風力機葉尖渦區(qū)域流場尤其是葉尖渦的影響效果，驗證了葉尖導流管結構改善風力機近場尾跡流動的能力。
　　6.參考Vatistas修正渦核模型，整理實驗數(shù)據(jù)，對原型風輪葉尖渦誘導旋動速度在渦核外的下降速度進行研究，得到了渦核