風(fēng)力機(jī)結(jié)冰翼型的氣動(dòng)性能分析及優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、近年來,水平軸風(fēng)力機(jī)越來越受到關(guān)注并快速發(fā)展起來,但安裝在寒冷地區(qū)時(shí),風(fēng)力機(jī)葉片表面在冬季會(huì)產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象。風(fēng)輪葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)中最核心、最基礎(chǔ)的部件,而葉片翼型也是最重要的幾何特征,是決定風(fēng)力機(jī)功率特性和載荷特性的根本因素。當(dāng)翼型結(jié)冰過后,翼型氣動(dòng)性能將會(huì)降低,從而影響風(fēng)力機(jī)的發(fā)電效率。由此可見,對(duì)翼型結(jié)冰外形的預(yù)測、結(jié)冰翼型的氣動(dòng)性能分析以及結(jié)冰條件下的翼型優(yōu)化設(shè)計(jì),就顯得尤其重要。
　　在國家高新技術(shù)發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(863計(jì)

2、劃,2012AA051301)和國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51175526)的資助下,本文提出了“風(fēng)力機(jī)結(jié)冰翼型的氣動(dòng)性能分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)”的研究課題。針對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型結(jié)冰的情況,采用RFOIL軟件和計(jì)算流體力學(xué)(Computational fluid dynamics, CFD)方法,對(duì)結(jié)冰翼型的氣動(dòng)性能進(jìn)行了對(duì)比分析,并在典型霜冰條件下,提出了結(jié)冰條件下的風(fēng)力機(jī)翼型設(shè)計(jì)方法,同時(shí)根據(jù)該方法設(shè)計(jì)出一種厚度為18％的翼型,然后用CFD方法對(duì)

3、該翼型的氣動(dòng)性能進(jìn)行了驗(yàn)證。論文完成的主要研究工作和取得的研究成果主要有:
　　①對(duì)目前國內(nèi)、外風(fēng)力機(jī)翼型結(jié)冰問題的研究現(xiàn)狀以及風(fēng)力機(jī)專用翼型的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié),并針對(duì)風(fēng)力機(jī)專用翼型,闡述了翼型的幾何參數(shù)、翼型的設(shè)計(jì)方法以及翼型氣動(dòng)性能的預(yù)測方式等,為后續(xù)風(fēng)力機(jī)翼型結(jié)冰問題的研究奠定了良好的基礎(chǔ)。
　?、谘芯苛艘硇徒Y(jié)冰的機(jī)理以及影響翼型結(jié)冰的因素,并對(duì)結(jié)冰的類型進(jìn)行了歸類總結(jié)。采用翼型結(jié)冰數(shù)值模擬軟件分別對(duì)霜冰和光冰

4、兩種工況分別進(jìn)行模擬,并對(duì)結(jié)冰翼型的氣動(dòng)性能進(jìn)行研究,結(jié)果表明,當(dāng)翼型結(jié)有霜冰時(shí),升力系數(shù)變化不大,在主攻角范圍內(nèi),升阻比有一定程度的下降;當(dāng)翼型結(jié)有光冰時(shí),升力系數(shù)下降,阻力系數(shù)增大,在所有計(jì)算攻角內(nèi),升阻比大幅度降低,對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片翼型的氣動(dòng)性能造成了嚴(yán)重的影響。
　?、刍谌蹇煞蛩够儞Q理論的翼型表達(dá)方法,提出了典型霜冰條件下風(fēng)力機(jī)翼型的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,并在霜冰條件下優(yōu)化設(shè)計(jì)出一種新翼型ICE180,并采用CFD方法對(duì)其氣動(dòng)性能