風(fēng)電機(jī)組復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境導(dǎo)致風(fēng)電葉片表面存在明顯的流動(dòng)分離現(xiàn)象,流動(dòng)分離的產(chǎn)生導(dǎo)致氣動(dòng)力失速現(xiàn)象的頻繁發(fā)生,一方面,嚴(yán)重影響風(fēng)電葉片氣動(dòng)力性能,降低風(fēng)電機(jī)組發(fā)電效率,另一方面,由于葉片表面的分離渦周期性地脫落,引起葉片運(yùn)行過程中振動(dòng)的發(fā)生,嚴(yán)重影響風(fēng)電機(jī)組整體運(yùn)行的穩(wěn)定性。風(fēng)力機(jī)翼型作為葉片氣動(dòng)力性能的核心元素,亟需采用有效的流動(dòng)分離控制方法,抑制風(fēng)力機(jī)翼型表面的流動(dòng)分離,改善風(fēng)力機(jī)翼型氣動(dòng)力性能。凹凸前緣方法作為一種新型的被動(dòng)控制方法,能夠有效地抑制流動(dòng)分離,改善失速特性,提高翼型整體氣動(dòng)力性能。本文將凹凸前緣方法應(yīng)用于風(fēng)力機(jī)翼型,通過氣動(dòng)力與流場(chǎng)實(shí)驗(yàn),以及數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法,分析凹凸前緣方法對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型靜態(tài)與動(dòng)態(tài)氣動(dòng)力性能的改善作用,并對(duì)仿鯨魚鰭風(fēng)力機(jī)翼型的平均特性與波動(dòng)特性進(jìn)行分析,并構(gòu)建仿生翼型流場(chǎng)特征的模化方法,對(duì)流動(dòng)分離控制機(jī)理展開研究。首先,通過氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)凹凸前緣結(jié)構(gòu)能夠有效地提高風(fēng)力機(jī)翼型靜態(tài)氣動(dòng)力性能,并改善氣動(dòng)力失速特性。在此基礎(chǔ)上,開展了凹凸前緣翼型表面粗糙度的敏感性分析,表面粗糙度對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型氣動(dòng)力性能產(chǎn)生較大影響,受到表面粗糙度影響的風(fēng)力機(jī)翼型靜態(tài)氣動(dòng)力性... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：166 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

016-2020年全球風(fēng)電新增和累計(jì)裝機(jī)容量及預(yù)測(cè)

第1章緒論3圖1.2風(fēng)電機(jī)組復(fù)雜運(yùn)行大氣環(huán)境Figure1.2Thecomplexoperatingatmosphericenvironmentofwindturbines葉片表面的流動(dòng)分離導(dǎo)致葉片在旋轉(zhuǎn)運(yùn)行過程中出現(xiàn)明顯的氣動(dòng)力失速現(xiàn)象，并且風(fēng)電機(jī)組在偏航、陣風(fēng)以及風(fēng)剪切等特殊工況下運(yùn)行時(shí)，葉片的實(shí)際運(yùn)行攻角發(fā)生周期性的復(fù)雜變化，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)失速現(xiàn)象的頻繁發(fā)生[7]。動(dòng)態(tài)失速的發(fā)生是引起風(fēng)電葉片產(chǎn)生氣動(dòng)力載荷變化的主要原因之一，嚴(yán)重影響風(fēng)電葉片的疲勞壽命[8,9]。風(fēng)力機(jī)葉片作為風(fēng)電機(jī)組風(fēng)能捕獲的核心部件，流動(dòng)分離的發(fā)生導(dǎo)致葉片氣動(dòng)力性能的嚴(yán)重惡化，氣動(dòng)力失速的發(fā)生一方面將使風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行性能和發(fā)電效率降低，另一方面，由于葉片表面的分離渦周期性地脫落，會(huì)引發(fā)葉片運(yùn)行過程中振動(dòng)的發(fā)生，嚴(yán)重影響風(fēng)電機(jī)組整體運(yùn)行的穩(wěn)定性，長(zhǎng)期受振動(dòng)影響甚至?xí)斐蓹C(jī)組本身的破壞和安全事故。風(fēng)力機(jī)翼型作為葉片氣動(dòng)力性能的核心元素，亟需采用有效的流動(dòng)分離控制方法，抑制風(fēng)力機(jī)翼型表面的流動(dòng)分離，改善翼型氣動(dòng)力失速特性，進(jìn)而提高翼型氣動(dòng)性能，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)力性能的提高，促進(jìn)風(fēng)電機(jī)組高效、可靠的運(yùn)行。1.1.3流動(dòng)控制方法介紹流動(dòng)控制方法的開發(fā)與研究在各個(gè)機(jī)械領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注，通過流動(dòng)控制方法的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)抑制流動(dòng)分離，延緩轉(zhuǎn)捩發(fā)生的作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同種類葉片升力的提高以及阻力的下降，此外，流動(dòng)分離控制也具有抑制湍流與噪聲產(chǎn)生的作用[10,11]。目前，對(duì)于翼型的流動(dòng)分離控制方法主要有主動(dòng)控制與被動(dòng)控制兩大類：（1）主動(dòng)控制方法主動(dòng)控制方法主要通過將外部的能量引入至流體當(dāng)中，通過增加流體本身的

第1章緒論5圖1.3座頭鯨凹凸前緣胸鰭Figure1.3Pectoralfinofhumpbackwhale近些年，凹凸前緣方法作為一種新型的被動(dòng)控制方法，在國(guó)內(nèi)外引起了廣泛的關(guān)注，許多研究學(xué)者對(duì)其流動(dòng)控制效果開展了相關(guān)的研究。根據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，凹凸前緣能夠起到較多的流動(dòng)控制作用，除了有效地改善翼型失速特性以外，在一定的攻角范圍內(nèi)，能夠提高升力、減小阻力，并且在降噪方面同樣具有一定的作用[27-29]，因此，具有較好的應(yīng)用前景，在許多旋轉(zhuǎn)機(jī)械領(lǐng)域開展了廣泛的研究工作，例如如風(fēng)力機(jī)[30-36]、潮汐渦輪機(jī)[37,38]、船用部件[39,40]、微型飛行器[41,42]、壓縮機(jī)[43,44]等。1.2凹凸前緣流動(dòng)控制方法介紹1.2.1凹凸前緣對(duì)氣動(dòng)力性能控制效果凹凸前緣對(duì)翼型氣動(dòng)力性能的影響主要分為三方面：失速前區(qū)，失速區(qū)以及失速后區(qū)，其中失速區(qū)與失速后區(qū)是凹凸前緣產(chǎn)生明顯氣動(dòng)力性能改善作用的區(qū)域；此外，凹凸前緣也具有一定的降噪、減阻效果。（1）失速前區(qū)性能影響對(duì)于失速前區(qū)，翼型表面的流動(dòng)狀態(tài)以層流或是轉(zhuǎn)捩過程為主，凹凸前緣對(duì)翼型氣動(dòng)力性能所產(chǎn)生的影響并不明顯。通過相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，在特定條件下當(dāng)層流流動(dòng)中產(chǎn)生明顯的分離泡時(shí)，凹凸前緣對(duì)層流邊界層當(dāng)中的分離泡會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。Hansen[45]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，層流邊界層中的分離泡可以有效地增加翼型本身的升力，并且對(duì)阻力產(chǎn)生較小的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)凹凸前緣翼型同樣產(chǎn)生明顯的邊界層分離泡，有效的提高了翼型本身的升力系數(shù)，但是，凹凸前緣翼型產(chǎn)生的升力值小于前緣光滑翼型的升力，并且對(duì)于特定結(jié)構(gòu)參數(shù)（A8λ30）的凹凸前緣翼型，產(chǎn)生的阻力明顯升高，如圖1.4所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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