隨著風(fēng)力機(jī)大型化,風(fēng)力機(jī)葉片周圍的流動(dòng)狀況更為復(fù)雜,研究葉片的流動(dòng)控制對(duì)提高風(fēng)力機(jī)的發(fā)電效率,降低風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行疲勞載荷意義重大。葉片的氣動(dòng)性能主要受到翼型的氣動(dòng)性能的影響,通過(guò)在翼型表面加入附加件,能有效控制翼型周圍的繞流狀況,改善翼型的氣動(dòng)性能。為此,采用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)方法對(duì)風(fēng)力機(jī)專用翼型DU97-W-300進(jìn)行了渦流發(fā)生器、轉(zhuǎn)捩帶、格尼襟翼的流動(dòng)控制研究,分析了不同控制條件下的翼型升阻力系數(shù)、壓力系數(shù)分布,獲得了不同附加件的流動(dòng)控制效果。研究?jī)?nèi)容如下:(1)翼型上翼面黏貼渦流發(fā)生器(VGs)對(duì)氣動(dòng)性能的影響。研究了 VGs的安裝位置、幾何形狀、高度、節(jié)距、間距、角度等參數(shù)對(duì)翼型表面流動(dòng)的影響。在提高升力方面,VGs的安裝位置20%弦長(zhǎng)效果最佳,在推遲流動(dòng)分離方面30%弦長(zhǎng)效果最佳,三角形形狀效果更好,節(jié)距對(duì)翼型氣動(dòng)性能影響不大,間距在不同雷諾數(shù)下作用效果不一,間距較小時(shí)效果更好,5倍和7倍間距的作用效果較好,角度15°效果相對(duì)較好。除此之外,VGs雙排并列布置于翼型上翼面時(shí)效果不好,不如單排布置的VGs,其中前排起主導(dǎo)作用。(2)翼型表面黏貼轉(zhuǎn)捩帶對(duì)氣動(dòng)性能的影響。首先,將轉(zhuǎn)捩帶分別黏貼在上下翼面的不同位置,研究轉(zhuǎn)捩帶位置對(duì)升力系數(shù)的影響。研究表明在下翼面距離前緣位置越近效果越明顯,越遠(yuǎn)越不明顯,位置到達(dá)下翼面2%弦長(zhǎng)時(shí)作用效果就不明顯了,上翼面5%弦長(zhǎng)位置黏貼轉(zhuǎn)捩帶效果最好,下翼面黏貼轉(zhuǎn)捩帶會(huì)引起負(fù)攻角下翼型表面的流動(dòng)分離。其次,比較了轉(zhuǎn)捩帶寬度和厚度的影響,寬度影響不大,厚度增高對(duì)最大升力系數(shù)影響更明顯,且高厚度會(huì)在小攻角下出現(xiàn)阻力急劇增大的點(diǎn),通過(guò)與絆線的對(duì)比發(fā)現(xiàn),阻力急劇增大是寬度和厚度共同作用的結(jié)果。最后,將轉(zhuǎn)捩帶與VGs組合,研究其作用效果。結(jié)果表明,轉(zhuǎn)捩帶和VGs結(jié)合使用既能降低升力又能延遲失速攻角。(3)翼型尾緣黏貼格尼襟翼(Gurney flap)對(duì)氣動(dòng)性能的影響。首先,通過(guò)在翼型尾緣黏貼五種不同高度的Gurney flap,研究高度對(duì)流動(dòng)控制的影響,高度越高增升效果越好。其次,將Gurney flap與VGs結(jié)合實(shí)驗(yàn),兩者結(jié)合既能增大升力也能推遲失速攻角,但是升阻比會(huì)低于單獨(dú)安裝VGs的翼型。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TK83
【部分圖文】：

１．２．１研究背景??近年來(lái)，各國(guó)都致力于新能源的開(kāi)發(fā)與利用＋６］，以滿足世界各國(guó)對(duì)Ｎ益增長(zhǎng)的??能源需求。全球風(fēng)能貯量巨大，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，圖１－１給出了２００６－２０１７年中國(guó)??的新增裝機(jī)容Ｍ和累計(jì)裝機(jī)容量分布，累計(jì)裝機(jī)容積容量持續(xù)增長(zhǎng)，由此可見(jiàn)風(fēng)能??楚我國(guó)的主要能源之…。??在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，翼型是風(fēng)力機(jī)葉片的重要元素，其氣動(dòng)性能與風(fēng)電機(jī)組的??發(fā)電效率及運(yùn)行載荷密切相關(guān)。所以，研究風(fēng)力機(jī)翼型的流動(dòng)分離以及控制流動(dòng)分??離的方法意義朮大。大型風(fēng)電機(jī)組由輪穀、葉片、機(jī)艙、控制系統(tǒng)及其他設(shè)備組成，??其中葉片是風(fēng)力機(jī)的一個(gè)重要部件，而翼型又是葉片的重要元素，所以通過(guò)對(duì)翼型??的研究能反應(yīng)葉片的特征。??１??

２．１基本概念??２．１．１翼型參數(shù)??實(shí)驗(yàn)使用的是風(fēng)力機(jī)專用翼型ＤＵ９７－Ｗ－３００，為鈍尾緣翼型，幾何參數(shù)如圖２－??１所示。??前緣半輕?厚度?翼型弦線??前緣?緣??圖２－１幾何參數(shù)??作用在風(fēng)力機(jī)翼型表面上且垂直于來(lái)流方向的所有力的合力被稱為翼型所受??的升力。翼型的升力系數(shù)Ｃ；為：??Ｌ??Ｃｉ?＝?＾?（２－１）??２＾?Ｐ?ｃ??式中：ｐ為來(lái)流密度；ｅ為翼型的弦長(zhǎng)；為來(lái)流速度。??作用在風(fēng)力機(jī)翼型表面上且平行于來(lái)流方向的所有力的合力被稱為翼型所受??的阻力。翼型的阻力系數(shù)￣為：??６??

流體速度梯度很小，黏性力也可以忽略。所以，邊界層內(nèi)的流體為有旋流??動(dòng)，邊界層外的流體為無(wú)旋流動(dòng)。邊界層內(nèi)流體根據(jù)流態(tài)的不同可以分為以下三種??形式：層流邊界層、湍流邊界層、混合邊界層。圖２－２為尺寸放大的邊界層。??二?Ｖ三…??—＼?與??＾?｜?、一?????Ｑ?／?／／／?ｊｒ?７７／?／?／?／?７／?／?＾?／?／?Ｊ?／ｊ／／?Ｊ／Ｙ７￣Ｔ＇??Ｍ流邊界層?Ｍ？流底Ｍ??圖２－２平板上混合邊界層??層流邊界層就是邊界層內(nèi)流體全部為層流的形態(tài)，層流邊界層的微分方程組為：??ｄｕ?ｄｎ?１?ｄｐ?ｄ￣ｕ??ｕ?—?＋?ｖ—?＝?＋?ｕ—７?（２－４）??ｄｘ?ｄｙ?ｐ?ｄｘ?ｄｙ￣??字＝〇?（２－５）??７??
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本文編號(hào)：2870763