【摘要】： 風(fēng)輪附近區(qū)域流場的速度分布和壓力分布一直是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點。了解該區(qū)域流動的分布規(guī)律對掌握水平軸風(fēng)力機功率的獲取和提高,有著極為重要的意義。 本文利用CFD軟件Fluent,按照由淺入深、循序漸進的方式對風(fēng)輪附近流場進行了數(shù)值研究,以等值線圖、云圖、流動矢量、流線、跡線、二維曲線圖等方式較為形象直觀地描述了流場運動規(guī)律。模擬過程中,將主要控制參數(shù)——升阻力系數(shù)以及部分流場視圖,分別與相關(guān)文獻和PIV實驗進行了對照,誤差在工程允許范圍內(nèi)。 文章主要分兩部分進行。第一部分,奠定研究基礎(chǔ)。首先簡要介紹第二代100W水平軸風(fēng)力機的優(yōu)化設(shè)計,設(shè)計基于葉素動量理論,利用Matlab編程的方式完成。其次,對設(shè)計風(fēng)力機選用翼型NACA4415的繞流問題進行了數(shù)值研究和湍流模型選用的對比研究。第二部分,主體研究部分。先分別研究了二維、三維單葉片準(zhǔn)動態(tài)繞流時計算區(qū)域的流場特性,尤其是尾流區(qū)的流場分布情況。最后又進一步探索性研究了三維旋轉(zhuǎn)流場的特性,分別給出了風(fēng)洞模型比和葉尖小翼對風(fēng)力機尾流區(qū)的影響。 數(shù)值模擬過程中,數(shù)學(xué)模型基于那維斯托克斯方程,采用基于壓力求解器和離散求解器,穩(wěn)態(tài)隱式方程解法,維數(shù)與湍流模型的選取由實際計算過程決定,壓力速度耦合采用SIMPLE(求解壓力耦合方程組的半隱式方法)算法,離散格式為二階迎風(fēng)格式;物理模型造型以及網(wǎng)格離散由前處理軟件Gambit完成。為了盡可能減少總體網(wǎng)格數(shù)以及改善網(wǎng)格質(zhì)量,采用了“自下而上”的方式,即“點-線-面-體”的步驟進行網(wǎng)格劃分。 論文研究證明:一方面,數(shù)值研究應(yīng)用于求解風(fēng)力機流場特性可行,可作為實驗研究的一種補充和預(yù)測手段。另一方面,湍流模型、翼型攻角、風(fēng)洞風(fēng)輪模型比以及小翼對風(fēng)力機葉片附近的流場都有很大的影響,進一步探索認(rèn)清其規(guī)律有一定的意義。
【圖文】：

尾流區(qū)可利用能包括兩個過程：第一，通過風(fēng)輪從風(fēng)輪中汲取動；第二，將軸功轉(zhuǎn)化為可利用能（大多為電能，但也可為用的化學(xué)能）。其中，過程一為空氣動力學(xué)關(guān)注范疇，在，其動能降低，部分轉(zhuǎn)化為風(fēng)輪軸處的機械能。經(jīng)過風(fēng)輪風(fēng)輪前的氣流來說，速度減小，湍流度增強，該部分氣體區(qū)，如圖 1－2 所示。

圖 2-1 風(fēng)輪及葉片相關(guān)概念示意圖 圖 2-2 翼型相關(guān)概念示意圖Fig2-1 Related concepts of rotor and blade Fig2-2 Related concepts of airfoil（7） 翼的前緣和后緣。如圖 2－2，翼的前頭為圓頭，稱翼的前緣，前緣處翼型內(nèi)切圓半徑為前緣半徑。翼的尾部，稱翼的后緣，若后緣為尖的，，則以后緣點上下翼面的切線夾角稱為后緣角，若后緣是圓的，則對應(yīng)后緣半徑。（8） 翼弦c。翼的前緣與后緣的連線稱翼的弦，連線的長稱為弦長 L。（9） 翼的上表面（吸附面）：在圖 2－2 中，翼弦上面的弧面。（10）翼的下表面（壓力面）：在圖 2－2 中，翼弦下部的弧面。（11）中弧線：翼形內(nèi)切圓圓心的連線。（12）厚度t：同一 X 坐標(biāo)處，翼的上表面和下表面相對應(yīng)的距離。（13）彎度 f ：翼形的中弧線和翼弦間的高度。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TK83

【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 謝俊超;周瑞平;;襟翼舵水動力性能仿真研究[J];江蘇船舶;2012年01期

2 趙峰;段巍;;基于葉素-動量理論及有限元方法的風(fēng)力機葉片載荷分析和強度計算[J];機械設(shè)計與制造;2010年08期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 魏義利;大型風(fēng)力機葉片的外形設(shè)計與數(shù)值模擬分析[D];大連理工大學(xué);2010年

2 謝俊超;襟翼舵設(shè)計計算及水動力性能仿真研究[D];武漢理工大學(xué);2011年

3 徐林;礦井通風(fēng)余動能發(fā)電研究[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2012年

本文編號：2645410