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在当今能源急需的时代,新能源的开发利用尤为重要。风能凭借其无污染、分布广泛、永不枯竭等优点受到世界各个国家的重视。近年来有研究学者模仿生物的非光滑表面,设计出具有边缘凹凸变化的仿生表面形状。本文使用工程仿生学研究的仿生改形的方法,通过提取非光滑表面信息参数,对风力机叶片进行仿生工程设计。 对选取的NACA0018翼型进行的二维数值计算验证,选择20倍以上弦长的计算区域条件和30000个节点以上的网格数量能得到比较准确的结果。随着攻角的增大先出现后缘分离,后出现前缘分离的现象。无论在有无附面层分离情况下,当流场的雷诺数较大时,二维翼型的气动性能几乎不随雷诺数的变化而变化。 通过提取的仿生非光滑表面信息结合NACA0018标准翼型建立单叶片仿生模型,其最大增升率为16.8%,最大减阻率为15.4%。仿生模型高压区值较大,而低压力值变化比较微弱,所以会产生增升效果。前缘非光滑表面的存在会通过牺牲一点表面摩擦阻力来换取更大的压差阻力的降低,从而得到减阻效果。仿生模型的表面流动分布波动变化比较平稳,能够缓解模型绕流场附边界层分离。 在单叶片仿生模型基础上建立带轮毂旋转的三叶片风力机全机风轮模型,分别使用叶素-动量理论和CFD数值模拟计算轴向推力系数和风能功率利用系数。得出在尖速比λ=8的条件下能够获得最大风能利用系数。在旋转条件下叶片表面的总压力压力沿着根部到尖部的展向方向逐渐增大。叶片根部受到尾流影响最大,而在尖部只受到自身叶尖涡流动影响,叶尖的三维影响区域占叶片全长的6.6%。