【摘要】：近年來(lái)，水平軸風(fēng)力機(jī)越來(lái)越受到關(guān)注并快速發(fā)展起來(lái)，但安裝在寒冷地區(qū)時(shí)，風(fēng)力機(jī)葉片表面在冬季會(huì)產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象。風(fēng)輪葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)中最核心、最基礎(chǔ)的部件，而葉片翼型也是最重要的幾何特征，是決定風(fēng)力機(jī)功率特性和載荷特性的根本因素。當(dāng)翼型結(jié)冰過(guò)后，翼型氣動(dòng)性能將會(huì)降低，從而影響風(fēng)力機(jī)的發(fā)電效率。由此可見(jiàn)，對(duì)翼型結(jié)冰外形的預(yù)測(cè)、結(jié)冰翼型的氣動(dòng)性能分析以及結(jié)冰條件下的翼型優(yōu)化設(shè)計(jì)，就顯得尤其重要。 在國(guó)家高新技術(shù)發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(863計(jì)劃,2012AA051301)和國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51175526)的資助下，本文提出了“風(fēng)力機(jī)結(jié)冰翼型的氣動(dòng)性能分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)”的研究課題。針對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型結(jié)冰的情況，采用RFOIL軟件和計(jì)算流體力學(xué)(Computational fluid dynamics, CFD)方法，對(duì)結(jié)冰翼型的氣動(dòng)性能進(jìn)行了對(duì)比分析，并在典型霜冰條件下，提出了結(jié)冰條件下的風(fēng)力機(jī)翼型設(shè)計(jì)方法，同時(shí)根據(jù)該方法設(shè)計(jì)出一種厚度為18%的翼型，然后用CFD方法對(duì)該翼型的氣動(dòng)性能進(jìn)行了驗(yàn)證。論文完成的主要研究工作和取得的研究成果主要有： ①對(duì)目前國(guó)內(nèi)、外風(fēng)力機(jī)翼型結(jié)冰問(wèn)題的研究現(xiàn)狀以及風(fēng)力機(jī)專用翼型的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)，并針對(duì)風(fēng)力機(jī)專用翼型，闡述了翼型的幾何參數(shù)、翼型的設(shè)計(jì)方法以及翼型氣動(dòng)性能的預(yù)測(cè)方式等，為后續(xù)風(fēng)力機(jī)翼型結(jié)冰問(wèn)題的研究奠定了良好的基礎(chǔ)。 ②研究了翼型結(jié)冰的機(jī)理以及影響翼型結(jié)冰的因素，并對(duì)結(jié)冰的類型進(jìn)行了歸類總結(jié)。采用翼型結(jié)冰數(shù)值模擬軟件分別對(duì)霜冰和光冰兩種工況分別進(jìn)行模擬，并對(duì)結(jié)冰翼型的氣動(dòng)性能進(jìn)行研究，結(jié)果表明，當(dāng)翼型結(jié)有霜冰時(shí)，升力系數(shù)變化不大，在主攻角范圍內(nèi)，升阻比有一定程度的下降；當(dāng)翼型結(jié)有光冰時(shí)，升力系數(shù)下降，阻力系數(shù)增大，在所有計(jì)算攻角內(nèi)，升阻比大幅度降低，對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片翼型的氣動(dòng)性能造成了嚴(yán)重的影響。 ③基于儒可夫斯基變換理論的翼型表達(dá)方法，提出了典型霜冰條件下風(fēng)力機(jī)翼型的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，，并在霜冰條件下優(yōu)化設(shè)計(jì)出一種新翼型ICE180，并采用CFD方法對(duì)其氣動(dòng)性能進(jìn)行驗(yàn)證，研究結(jié)果表明，相對(duì)于翼型WT180，翼型ICE180既保持了無(wú)結(jié)冰條件下的氣動(dòng)性能，又在主攻角范圍內(nèi)，大幅提高了霜冰條件下氣動(dòng)性能，且翼型前緣結(jié)冰厚度較原始翼型更小。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM315

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2563404