论文部分内容阅读
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-Allmaras(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D1.50和D1.75两种不同变形幅度的NACA翼型进行数值模拟;采用Xfoil软件对D1.50和D1.75两种不同变形幅度的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。