风力机柔性叶片翼型气动特性研究.doc

万方数据
汕头大学硕士论文摘要
摘要
对风力机而言,精确的气动性能计算是风力机设计和校核的关键,随着叶片朝大型化
和柔性化方向发展,风力机叶片和塔架的柔性不能被忽略。基于风电机组的发展要求以及
柔性叶片大尺寸变形特点,研究叶片柔性变形引起的翼型气动外形变化对翼型气动性能的
影响和修正及其气动阻尼,为大型风力机柔性叶片气弹分析做好研究基础。
本文首先介绍了翼型的基本理论,列举了风力机传统翼型和风力机专用翼型性能和参
数设计,选取 NACA 翼型和 NPU 翼型作为研究对象展开研究。
通过采用计算流体力学(CFD)对风力机 NACA63215 翼型进行二维数值模拟,标定
了网格密度对气动特性的影响,在标定网格的基础上验证 Spalart-Allmara(s S-A)、Standard
k-ε、Realizable k-ε、Standard k-ω、 The shear-stress transport (SST) k-ω这 5 种湍流模型
对风力机翼型气动特性的影响,综合分析发现选取的 5 中湍流模型中,SST k- ω湍流模型
所模拟的气动性能与实验值的结果更为一致,相对精度较高。
风力机实际运行时,由于叶片的大型化、湍流风载及其瞬态效应,即使是在工作风速
范围内,亦不可避免地导致翼型自身结构产生较大变形。因此必须充分考虑由于翼型结构
改变而产生的气动特性变化。本文根据翼型型线坐标得到弦向弯曲变形翼型,即中弧线弯
度增大的 NACA 翼型和 NPU-WA 翼型。
以 NACA 翼型和 NPU 翼型为计算实例,用 CFD 方法对 和 两种不同变形
幅度的 NACA 翼型进行数值模拟;采用 Xfoil 软件对 和 两种不同变形幅度的
NPU-WA 翼型进行数值模拟,得出翼型在一定程度的弦向弯曲变形,即增大中弧线弯度改
善了翼型的气动特性。根据升力系数在附着流区域的特点,提出翼型中弧线弯度变化后的
升力系数计算公式的修正,其计算结果与仿真结果吻合良好。
气动阻尼的大小在很大程度上依赖于翼型升力系数随攻角变化曲线的斜率,翼型弦向
弯曲变形大大改变了翼型的气动特性,本文主要以翼型数据函数法计算了翼型变形对气动
阻尼的影响。得出翼型弦向弯曲变形,增加了摆振方向的负方向气动阻尼,会促进其振动;
增加了挥舞方向的气动阻尼,对抑制振动有正的贡献。
关键词:风力机;柔性变形;翼型;数值模拟;气动特性;气动阻尼
万方数据
汕头大学硕士论文 Abstract
Abstract
Accurate aerodynamic performance calculation is of great importance for wind turbine
design and validation. Nowadays wind turbines are designed with much larger structure and
higher flexibility than ever before. The flexibility of the wind turbines blades and tower cannot
be ignored. The study based on the requirement of the development of wind turbines and the
characteristics of large deformation of the flexible blade. Research the aerodynamic performance
of the airfoils chordwise bending deformation caused by the blade flexible deformation. Then
correct the aerodynamic performance’s calculation. This research laid the foundation for large
wind turbine flexible blade aero elasticity analysis.
In this paper, the basic theory and the aerodynamic performance of wind turbine airfoil were
introduced. The traditional wind turbine airfoils and special wind turbine airfoils performance