【摘要】：隨著化石能源的逐漸減少以及人們環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng),風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源,受到了極大的關(guān)注,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)風(fēng)力機(jī)在風(fēng)沙環(huán)境下運(yùn)行時(shí),沙塵顆粒會(huì)與風(fēng)力機(jī)葉片發(fā)生碰撞,使葉片表面發(fā)生磨損,影響風(fēng)輪的功率輸出,降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量。因此,本文研究風(fēng)沙環(huán)境中沙塵顆粒對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型的沖蝕磨損影響,為風(fēng)沙環(huán)境下風(fēng)力機(jī)葉片的抗風(fēng)沙設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本文主要以NACA 0012三維翼型作為研究對(duì)象,使用SST k-ω湍流模型和離散相模型(DPM)對(duì)風(fēng)沙環(huán)境下風(fēng)力機(jī)翼型的磨損特性和氣動(dòng)性能進(jìn)行研究。研究?jī)?nèi)容主要包括以下兩個(gè)方面:(1)不同顆粒體積當(dāng)量直徑下,風(fēng)沙顆粒形狀對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型磨損特性的影響規(guī)律;不同的攻角、顆粒質(zhì)量濃度、來流風(fēng)速條件下,不同形狀因子顆粒對(duì)翼型磨損的臨界顆粒Stokes數(shù)范圍的影響規(guī)律;(2)運(yùn)用UDF加載粒徑服從正態(tài)分布的隨機(jī)顆粒,研究不同攻角時(shí),隨機(jī)顆粒和單一顆粒兩種粒徑分布方式對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型磨損特性的影響;不同顆粒質(zhì)量濃度時(shí),隨機(jī)顆粒對(duì)翼型的沖蝕磨損及其氣動(dòng)性能的影響。主要結(jié)論如下:(1)當(dāng)來流風(fēng)速為14.6m/s,攻角為6°時(shí),不同形狀因子顆粒對(duì)翼型最大磨損率變化規(guī)律的影響基本一致,顆粒體積當(dāng)量直徑逐漸增大時(shí),翼型最大磨損率先逐漸增大,當(dāng)顆粒直徑為80μm時(shí)出現(xiàn)小幅度的減小,之后隨顆粒直徑的增大而增大。當(dāng)顆粒體積當(dāng)量直徑相同時(shí),與球形顆粒(即形狀因子為1的顆粒)相比,形狀因子小于1的顆粒時(shí)翼型的最大磨損率較大。顆粒形狀對(duì)翼型磨損區(qū)間的影響較小,幾乎可以忽略不計(jì);隨著顆粒體積當(dāng)量直徑的增大,顆粒對(duì)翼型的磨損區(qū)間均逐漸由翼型前緣附近沿壓力面向翼型尾緣方向擴(kuò)展。對(duì)于形狀因子不同的顆粒,隨著體積當(dāng)量直徑的增大,翼型升力系數(shù)均先減小后增大,翼型阻力系數(shù)均先增大后減小。(2)顆粒形狀會(huì)影響翼型的磨損臨界顆粒Stokes數(shù)范圍。不同攻角時(shí),顆粒形狀因子越小,翼型開始發(fā)生磨損的臨界顆粒Stokes數(shù)越大,隨著攻角的增大,翼型發(fā)生磨損的臨界顆粒Stokes數(shù)也增大。不同顆粒質(zhì)量濃度時(shí),顆粒形狀因子越小,翼型發(fā)生磨損的臨界顆粒Stokes數(shù)越大,但顆粒質(zhì)量濃度的改變對(duì)翼型磨損的臨界顆粒Stokes數(shù)沒有影響。不同來流風(fēng)速時(shí),顆粒形狀因子越小,翼型發(fā)生磨損的臨界顆粒Stokes數(shù)越大,風(fēng)速增大時(shí),該結(jié)論仍然成立�？傊�,相同條件下,顆粒形狀因子越小,翼型發(fā)生磨損的臨界顆粒Stokes數(shù)越大。(3)粒徑分布對(duì)翼型磨損區(qū)間幾乎沒有影響,隨機(jī)顆粒和單一粒徑顆粒兩種粒徑分布方式時(shí),隨著顆粒平均直徑的增大,翼型表面的磨損區(qū)間由翼型前緣附近沿壓力面向尾緣方向擴(kuò)展,并且攻角越大,翼型磨損區(qū)間越大。粒徑分布對(duì)翼型磨損程度影響較大,顆粒平均直徑相同時(shí),與隨機(jī)顆粒相比,單一粒徑顆粒對(duì)翼型的沖蝕磨損更嚴(yán)重。顆粒質(zhì)量濃度較小時(shí),粒徑分布對(duì)翼型氣動(dòng)性能的影響較小,基本可以忽略。(4)同一粒徑范圍的隨機(jī)顆粒時(shí),顆粒質(zhì)量濃度對(duì)翼型磨損區(qū)間影響很小,幾乎可以忽略不計(jì),翼型磨損區(qū)間的大小只與攻角及顆粒平均直徑有關(guān)。顆粒質(zhì)量濃度對(duì)翼型表面的磨損程度影響較大,同一粒徑范圍的隨機(jī)顆粒下,翼型最大磨損率與顆粒質(zhì)量濃度成正比。同一顆粒質(zhì)量濃度時(shí),與清潔空氣相比,9°攻角時(shí),顆粒的加入對(duì)翼型周圍壓力的影響很小;12°攻角時(shí),顆粒的加入對(duì)翼型周圍壓力的影響較大,尤其是翼型尾緣附近,隨著顆粒平均直徑的增大,顆粒對(duì)翼型尾緣的影響逐漸增大。改變顆粒質(zhì)量濃度時(shí),該結(jié)論仍然成立,但總體上顆粒質(zhì)量濃度對(duì)翼型周圍壓力的影響較小。顆粒質(zhì)量濃度對(duì)翼型升阻力系數(shù)的影響也較小,但顆粒質(zhì)量濃度越大,顆粒對(duì)翼型升阻力的影響越明顯。
【圖文】：

工程碩士學(xué)位論文 西 北 部 和 河 北 北 部 等 地 區(qū) ， 與 其 他 地 區(qū) 相 比 ， 這 些 地 西 風(fēng) 帶 的 影 響 較 大 ， 冬 季 受 來 自 北 方 地 區(qū) 較 冷 的 高 壓 這 里 形 成 了 西 風(fēng) 和 西 北 風(fēng) 兩 種 主 導(dǎo) 風(fēng) 向 ， 這 里 風(fēng) 速 相 長(zhǎng) ， 再 加 上 這 些 地 區(qū) 海 拔 較 高 ， 風(fēng) 能 在 梯 度 方 向 上 的此 這里 具 有 豐富 的風(fēng) 能 儲(chǔ)備 資源， 風(fēng)能 開發(fā)價(jià) 值較高

圖 2.1 翼 型 的 幾 何 參 數(shù)型 前緣：翼 型的中 弧線 和翼型 前部輪 廓的 交點(diǎn)處 ，即為翼 型 中 A 點(diǎn) 的 位置； 型后緣 ：翼 型的中 弧線 和翼型 后端尖 型部 位的交 點(diǎn)處，即圖 2.1 中 B 點(diǎn) 所在 位置 ； 弦 C：翼 型前緣 點(diǎn)和 后緣點(diǎn) 之間連 成的 線段， 即為翼 弦AB 的 長(zhǎng)度 即為翼 型的 弦長(zhǎng)； 裝 角 θ： 即 風(fēng)輪旋 轉(zhuǎn)平 面和葉 片翼弦 形成 的夾角 ，又稱 為距 角； 角 α：翼 弦 和相對(duì) 風(fēng)速 所成的 角，又 稱為 迎角。阻力系數(shù)及其影響因素系 數(shù) 繞 翼 型 流 動(dòng) 時(shí) ， 翼 型 的 吸 力 面 和 壓 力 面 會(huì) 產(chǎn) 生 氣 動(dòng) 壓 力 的 合 力 ，， 稱 之 為 作 用 于 翼 型 的 氣 動(dòng) 力 。 翼 型 所 受 的 氣 動(dòng) 力 ， 其 中 ， 垂 直 于 來 流 方 向 的 力 為 升 力 ， 平 行 于 來 流 方
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(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)：2703736