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水平轴风力机叶片的翼型气动特性研究

作　者: 陈永康
导　师: 祝恩淳；孙瑛
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 水平轴风力机叶片计算流体气动特性襟翼翼型设计
分类号: TK83
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 232次
引　用: 2次
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内容摘要

水平轴风力机是当前应用最有效的风力发电装置,为了提高风力机的风能利用效率,缩短叶片的研发周期,本文对水平轴风力机叶片的气动特性进行了系统研究,并提出改进翼型的构造措施。首先采用计算流体力学软件-Fluent,对水平轴风力机某翼型进行了数值模拟,模拟结果与实验数据进行了比较,找出了适合风力机模拟的湍流模型。其次对传统水平轴风力机使用较多的NACA系列翼型进行数值模拟,得出该翼型的气动特性,以及翼型几何参数对气动性能的影响,然后计算了翼型添加Gurney襟翼和不同角度襟翼时的升阻力特性。数值模拟结果表明,在风力机翼型尾部添加襟翼,均能够提高翼型的最大升力系数和升阻比,而Gurney襟翼的增升效果与其高度密切相关。第三,根据影响风力机气动特性的因素对NACA74-315翼型进行改型,并对原型和4种改型翼型进行数值模拟,结果表明在所计算的各迎角、各风速下,改型后升阻比都得到明显提高,尤其是尖尾缘改型的升力系数和升阻比最大。最后文中还着重总结了动量-叶素理论方法,这种方法在动量理论和叶素理论设计方法的基础上发展而成。动量-叶素理论方法在进行叶片外型设计和叶片气动特性计算都涉及到干涉因子,文中重点对设计和计算情况下的干涉因子进行处理,并引入叶尖修正因子模型进行修正,从而建立叶片气动性能计算模型。选择NACA74-315翼型和尖尾缘改型这两种型并由此来设计叶片的外型和进行气动特性的比较,得出尖尾缘改型的气动性能要优于NACA74-315翼型的结论。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-20
  1.1 课题研究的背景及意义  7-8
  1.2 国内外风力发电的发展状况  8-11
    1.2.1 国外风力发电的发展状况  8-10
    1.2.2 国内风力发电的发展状况  10-11
  1.3 风力发电机简介  11-14
    1.3.1 水平轴风力发电机  12
    1.3.2 竖直轴风力发电机  12-14
  1.4 水平轴风力机叶片翼型的发展状况  14-18
    1.4.1 水平轴风力机翼型的发展  14-15
    1.4.2 水平轴风力机翼型气动性能的研究状况  15-18
  1.5 本文主要研究内容  18-20
第2章水平轴风力机气动性能的相关理论基础  20-31
  2.1 水平轴风力机翼型的几何参数  20-21
  2.2 水平轴风力机翼型的气动性能参数  21-23
  2.3 水平轴风力机气动分析的基本理论  23-30
    2.3.1 贝茨(Betz)理论  23-25
    2.3.2 叶素理论  25-27
    2.3.3 动量理论  27-29
    2.3.4 动量－叶素理论  29-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章水平轴风力机翼型的研究和改进  31-51
  3.1 流场的数值湍流模型的验证  31-38
  3.2 影响翼型气动特性因素  38-45
    3.2.1 翼型几何参数对气动特性的影响  38-41
    3.2.2 添加襟翼对翼型气动特性的影响  41-45
  3.3 对NACA74-315 进行改型的计算结果及分析  45-50
    3.3.1 翼型的改进措施  45
    3.3.2 改型后翼型的气动特性分析  45-47
    3.3.3 改型后翼型的压力系数  47-49
    3.3.4 改型后翼型的流场分析  49-50
  3.4 本章小结  50-51
第4章水平轴风力机叶片的设计  51-60
  4.1 叶片设计的总体参数  51-53
  4.2 轴向和切向速度干涉因子的计算  53-55
  4.3 气动外型计算的模型  55-57
  4.4 气动性能计算  57-59
  4.5 本章小结  59-60
结论与展望  60-61
参考文献  61-64
附录各工况下翼型表面压力系数图  64-69
攻读学位期间发表的学术论文  69-71
致谢  71-72

水平轴风力机叶片的翼型气动特性研究

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