發(fā)布時(shí)間：2020-05-20 11:41

【摘要】：水平軸風(fēng)力機(jī)大多工作在高寒、沿海等環(huán)境惡劣的地區(qū),經(jīng)常會(huì)遇到雨、雪等極端天氣,此時(shí)葉片表面會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。結(jié)冰會(huì)改變?nèi)~片的氣動(dòng)外形并增大表面粗糙度,使葉片的升力系數(shù)降低,阻力系數(shù)增加,從而導(dǎo)致輸出功率降低。鑒于外部處理方法的局限性,利用優(yōu)化設(shè)計(jì)降低結(jié)冰對(duì)葉片氣動(dòng)性能的影響,成為目前風(fēng)力機(jī)葉片表面防除冰研究的熱點(diǎn)。本文以升力系數(shù)和升阻比最大為優(yōu)化目標(biāo),提出表面粗糙鈍尾緣翼型多目標(biāo)優(yōu)化方法;應(yīng)用數(shù)學(xué)降維思想,提出通過擬合葉展方向多個(gè)截面冰形獲得葉片表面霜冰冰形的新方法(BRISF);針對(duì)霜冰條件下翼型進(jìn)行鈍尾緣優(yōu)化設(shè)計(jì),進(jìn)而采用BRISF方法獲得具有霜冰冰形的鈍尾緣葉片,并研究其輸出功率、流場(chǎng)特性等。主要研究工作及成果如下:(1)利用翼型型線集成理論與B樣條曲線,建立鈍尾緣翼型型線控制方程組;采用凸臺(tái)模擬粗糙度,利用粒子群算法耦合XFOIL軟件對(duì)表面粗糙鈍尾緣翼型進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì),并計(jì)算優(yōu)化前后翼型的流場(chǎng)特性、氣動(dòng)性能、粗糙度敏感性。結(jié)果表明:表面粗糙鈍尾緣翼型優(yōu)化后,具有較低的粗糙度敏感性;鈍尾緣對(duì)吸力面氣流產(chǎn)生阻擋作用,改善了翼型表面壓力分布,使氣動(dòng)性能明顯提升。(2)針對(duì)三種不同步長(zhǎng)方式,利用線性插值方法進(jìn)行翼型冰形的擬合,提出翼型霜冰冰形形成方法(LIEEAS);并基于該方法和降維思想,將沿葉片展向多個(gè)截面結(jié)冰形狀關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)分別映射在擺振與揮舞面內(nèi),利用多項(xiàng)式擬合獲得葉片霜冰冰形;分別定性和定量研究LIEEAS和BRISF方法的可靠性。結(jié)果表明:BRISF方法與FENSAP數(shù)值模擬所得冰形基本一致;LIEEAS與實(shí)驗(yàn)結(jié)果、BRISF與FENSAP結(jié)果的總體殘差平方和均較小,數(shù)量級(jí)僅為10-4或10-5。(3)結(jié)合LIEEAS方法,利用粒子群算法耦合GAMBIT和FLUENT軟件,對(duì)霜冰條件下的鈍尾緣翼型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),并對(duì)比研究?jī)?yōu)化前后翼型的氣動(dòng)性能及流場(chǎng)特性。結(jié)果表明:霜冰鈍尾緣翼型優(yōu)化后,升力系數(shù)增加且失速延遲,上下翼面壓差增大,氣動(dòng)性能得到明顯改善。(4)基于優(yōu)化得到的霜冰條件下鈍尾緣翼型,利用BRISF方法建立霜冰鈍尾緣葉片,并對(duì)比分析干凈葉片和霜冰尖、鈍尾緣葉片的轉(zhuǎn)矩、輸出功率、流場(chǎng)特性等。結(jié)果表明:相比干凈葉片,霜冰尖尾緣葉片的輸出功率和氣動(dòng)性能均降低;霜冰鈍尾緣葉片的輸出功率及氣動(dòng)性能優(yōu)于霜冰尖尾緣葉片。
【圖文】：

球第一大能源生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，生產(chǎn)和生活高度依賴煤、能源消耗的比重遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國(guó)家。不合理的能源生程中所產(chǎn)生的污染物排放，特別是中國(guó)使用的煤炭大的大量的二氧化硫會(huì)排放到大氣中，造成環(huán)境污染。逡逑污染環(huán)境下，，風(fēng)能的開發(fā)和利用受到更廣泛的關(guān)注和范圍廣、儲(chǔ)存量大，清潔無污染的優(yōu)勢(shì)受到很多國(guó)家發(fā)價(jià)值。逡逑能資源豐富，主要分布在西北、東北、華北以及高山冷環(huán)境的影響，風(fēng)力機(jī)在運(yùn)行過程中會(huì)遇到葉片、機(jī)艙的氣動(dòng)性能降低，降低風(fēng)能利用率，同時(shí)，會(huì)使葉片動(dòng)頻率增大，甚至?xí)：θ松踩�。因此，研究合理、行工況下風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)冰后的氣動(dòng)性能與結(jié)構(gòu)特性，點(diǎn)。逡逑

邐Ｌ－１邋３邐－３邋｝Ｊ邋６Ｐ（１）＇－４Ｐ２＇－＾＇逡逑利用平移翼型前緣指定位置坐標(biāo)的方法，在吸力面指定位置處添加一個(gè)高逡逑Ａ、寬／的凸臺(tái)，如圖２－１所示，平移坐標(biāo)表達(dá)式為：逡逑１０逡逑
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK83

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本文編號(hào)：2672568