风力机翼型振荡的风洞实验研究和数值模拟

摘要

大型风力机叶片在实际工作中会出现扭转和摇摆的变形，这将会改变叶片的气动性能，影响风力机的运行性能和结构可靠性。作为风力发电机特性影响因素的基础研究，本文使用压力传感器和二维粒子图像测速（PIV）系统在亚音速风洞中对水平轴风力机叶片顶端常用NACA64418翼型的三维等截面模型进行了稳态与俯仰振荡的实验研究，通过二维模拟结果和三维实验结果对比，分析了叶尖涡对三维翼型升力系数的影响。并在相同雷诺数下对比分析了该翼型在稳态与俯仰振荡下的气动力变化情况。由于实验条件的限制，利用数值模拟软件FLUENT对该翼型振荡的气动特性进行了进一步的研究。通过用户自定义函数（UDF）实现翼型二维非结构动网格设置。首先，对该翼型进行了与实验条件一致的纯俯仰振荡模拟研究，并与之前的实验结果对比。接着在确认模拟可靠性的基础上对该翼型进行了纯俯仰、纯沉浮和俯仰沉浮组合振荡的数值模拟研究。结果表明，振荡翼型升力系数的迟滞效应随着斯特劳哈尔数的增加变得明显，其迟滞环方向随着折合频率的增加由逆时针变为顺时针。在动态失速阶段，升力系数随攻角变化关系曲线的迟滞效应随着振荡频率的增加减弱并且有回归到线性变化的趋势。在振荡强度较小时，升力系数随平均攻角的增加而增大。在高斯特劳哈尔数时，翼型的升力系数主要受其运动状态的影响，与其攻角无关。文中对叶片翼型动态振荡下的气动特性的研究，对于了解风力机实际工作情况下的功率输出和载荷变化有一定的参考价值。

目录

声明

1绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文工作的主要内容

2 基本理论和主要参数

2.1 翼型介绍

2.2 振荡翼型主要参数

2.3 本章小结

3 风洞实验研究

3.1实验设备

3.2 实验方法

3.3 实验数据

3.4 结果讨论

3.5 本章小结

4 数值模拟

4.1 控制方程

4.2 湍流模型

4.3 边界条件

4.4 网格生成

4.5 结果讨论

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文