風(fēng)力機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)多處于湍流之中,湍流的存在將對(duì)風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能產(chǎn)生顯著影響。風(fēng)力機(jī)葉片是由無數(shù)翼型截面組合而成的,因此對(duì)湍流中風(fēng)力機(jī)翼型氣動(dòng)特性的研究具有十分重要的意義。本文采用Fluent計(jì)算軟件,選擇大渦模擬(LES)計(jì)算方法對(duì)同濟(jì)大學(xué)6×5×05型格柵流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證計(jì)算方法可行性。結(jié)果表明,格柵湍流場(chǎng)的湍流強(qiáng)度分布情況吻合較好,該計(jì)算方法適用于對(duì)格柵湍流場(chǎng)的預(yù)測(cè)�；谠摲椒▽�(duì)揚(yáng)州大學(xué)4×8×03型格柵流場(chǎng)進(jìn)行預(yù)測(cè),計(jì)算結(jié)果表明,在距離格柵1～2 m位置處可以獲得大約8%～10%的湍流強(qiáng)度,符合湍流工況翼型試驗(yàn)要求。在風(fēng)洞中采用熱線風(fēng)速儀對(duì)五種不同形式的格柵流場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)研究。結(jié)果表明,風(fēng)速對(duì)格柵流場(chǎng)湍流強(qiáng)度和積分尺度的影響很小,流場(chǎng)中湍流強(qiáng)度是隨距離的增大而變小,湍流積分尺度變化趨勢(shì)與之相反;當(dāng)格柵柵條間距變化時(shí)湍流強(qiáng)度變化較小,柵條寬度變寬時(shí)會(huì)使湍流強(qiáng)度和積分尺度顯著增加,加裝橫向柵條會(huì)使湍流強(qiáng)度增大積分尺度減小。從湍流功率譜密度角度對(duì)典型格柵流場(chǎng)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),風(fēng)洞實(shí)測(cè)功率譜與Karman譜吻合較好,湍流功率譜密度隨著格柵距離的增加而變小,隨著湍流強(qiáng)度和來流風(fēng)速的增大而變大,不同方向脈動(dòng)風(fēng)功率譜特性變化規(guī)律相同。在風(fēng)洞中對(duì)DTU-LN221翼型進(jìn)行不同湍流工況的氣動(dòng)特性試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明,湍流強(qiáng)度小于0.5%時(shí),雷諾數(shù)從5.0×10~5變化到1.4×10~6,升力系數(shù)變化很小,阻力系數(shù)逐漸減小,導(dǎo)致最大升阻比隨著雷諾數(shù)增大而增大;在湍流強(qiáng)度大于9%時(shí),雷諾數(shù)對(duì)翼型氣動(dòng)性能影響很小。對(duì)比不同湍流工況翼型氣動(dòng)特性發(fā)現(xiàn),在湍流強(qiáng)度大于9%時(shí)翼型的失速攻角從12.4°推遲至17.4°,升力系數(shù)有明顯提升,在湍流強(qiáng)度為19%時(shí)最大升力系數(shù)高達(dá)1.953;阻力系數(shù)也隨著湍流強(qiáng)度的增大而增大,力矩系數(shù)與之相反,升阻比在主要攻角區(qū)隨著湍流強(qiáng)度的增大而顯著下降。通過對(duì)湍流強(qiáng)度相近,湍流積分尺度相差較大的工況比較發(fā)現(xiàn),來流湍流的積分尺度越大,最大升力系數(shù)越大,阻力系數(shù)也變大,而升阻比變小。翼型升力系數(shù)的脈動(dòng)隨攻角的增大而增大,在失速區(qū)最為明顯。綜合而言,翼型氣動(dòng)性能會(huì)在高湍流強(qiáng)度大積分尺度來流工況顯著降低。從翼型表面壓力系數(shù)分布來看,湍流對(duì)翼型氣動(dòng)特性的影響主要?dú)w因于湍流改變了翼型表面的流動(dòng)狀態(tài),推遲了流動(dòng)分離的發(fā)生。
【學(xué)位單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM315;O357.5
【部分圖文】：

數(shù)據(jù)來源：ＣＷＥＡ??圖１．１?２００８年至２０１７年中國新增和累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量（數(shù)據(jù)來源：ＣＷＥＡ）⑴??我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅猛，尤其是本世紀(jì)以來，我國的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)??量增長(zhǎng)迅速，并于２０１０年開始總裝機(jī)容量超越美國，成為全球風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量第??

時(shí)間（Ｓ）??圖２．１典型湍流脈動(dòng)風(fēng)速變化??湍流指的是短時(shí)間內(nèi)的風(fēng)速變化，如圖２．１為典型湍流脈動(dòng)風(fēng)速變化。湍流的產(chǎn)生主??要有兩個(gè)原因：一個(gè)是由于地表地貌不同導(dǎo)致的氣流流動(dòng)與地表之間的“摩擦”；另一個(gè)是??由于空氣密度不同和溫度變化的熱效應(yīng)造成空氣團(tuán)垂直方向上的運(yùn)動(dòng)。通常這兩種作用是??相互關(guān)聯(lián)的。??湍流運(yùn)動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜多變的過程，且不能用簡(jiǎn)單明確的數(shù)學(xué)方程來描述它，目前主要??研究湍流的統(tǒng)計(jì)特性。對(duì)于湍流結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)描述有很多，本文主要介紹常用的湍流強(qiáng)度、??湍流積分尺度以及湍流功率譜密度函數(shù)。??２．１．１湍流強(qiáng)度??湍流強(qiáng)度是用來衡量湍流脈動(dòng)程度的，反映脈動(dòng)風(fēng)速的相對(duì)強(qiáng)度。湍流強(qiáng)度是由地表??的粗糙度和高度決定的，且受到地貌特征的影響。??

圖２．４湍流強(qiáng)度對(duì)翼型氣動(dòng)特性的影響??
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本文編號(hào)：2866430