風(fēng)力機(jī)風(fēng)能利用率與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行可靠性和風(fēng)力機(jī)葉片翼型的氣動(dòng)特性密切相關(guān)。研究翼型表面微結(jié)構(gòu)的減阻增升特性對(duì)提高翼型氣動(dòng)性能、增加風(fēng)力機(jī)風(fēng)能利用系數(shù)具有重要的意義,這種簡(jiǎn)單有效的減阻技術(shù)將為風(fēng)力發(fā)電的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展作出巨大的貢獻(xiàn)。本文以現(xiàn)有的風(fēng)力機(jī)專用翼型DTU-LN221和Ris(?)-A1-21光滑翼型試驗(yàn)為依托,基于ANSYS Fluent軟件,結(jié)合理論分析,通過選擇Transition SST模型進(jìn)行光滑翼型的數(shù)值模擬,進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證和數(shù)值計(jì)算的可靠性驗(yàn)證,為進(jìn)一步開展表面微結(jié)構(gòu)的研究奠定基礎(chǔ)。對(duì)比兩種翼型的幾何和氣動(dòng)特性可知,DTU-LN221翼型具有更好的氣動(dòng)特性,且從前緣附近幾何型線及表面壓力系數(shù)特性可知,該翼型對(duì)表面粗糙度的敏感性更低。采用SST k-ω模型對(duì)混合網(wǎng)格劃分得到的表面微結(jié)構(gòu)翼型模型進(jìn)行數(shù)值研究。從微結(jié)構(gòu)布置位置、尺寸和形狀3方面對(duì)DTU-LN221翼型進(jìn)行研究,在翼型吸力面0.6c之前布置表面微結(jié)構(gòu)可在大攻角下獲得一定的增升效果；該翼型在設(shè)計(jì)攻角范圍內(nèi)受表面微結(jié)構(gòu)的影響較小,只在V型溝槽寬高值為0.13mm附近以及溝槽底角控制在56°附近很小范圍內(nèi)大攻角下產(chǎn)生一定的減阻增升效果；具有間距的V型溝槽對(duì)翼型氣動(dòng)性能的減阻增升效果比無間距的溝槽差。從微結(jié)構(gòu)位置、尺寸、所占長(zhǎng)度、溝槽\小肋形狀、攻角和雷諾數(shù)六個(gè)方面對(duì)Ris(?)-A1-21翼型進(jìn)行研究。結(jié)果表明,在吸力面有效范圍內(nèi)靠后布置的V溝槽效果更好；在吸力面布置相同溝槽的同時(shí),在壓力面布置V溝槽效果更好。尺寸和數(shù)量相差較少時(shí),對(duì)減阻效果影響較��；數(shù)量相差較大時(shí),數(shù)量多的溝槽方案產(chǎn)生的減阻率、升阻比增率更優(yōu),而增升率小于數(shù)量較少的方案。相同尺寸、數(shù)量的溝槽和小肋減阻增升效果相近。失速攻角之前,微結(jié)構(gòu)減阻增升效果隨攻角的增加而增加,大多數(shù)方案產(chǎn)生的增升率隨著雷諾數(shù)的增加而減小,減阻率和升阻比增率隨著雷諾數(shù)的增加而增加。對(duì)于該翼型,計(jì)算得到的最大減阻率為16.224%,最大增升率為14.796%。從升阻力值的粘性分量和壓差分量、表面壓力系數(shù)、速度分布、壁面剪切應(yīng)力、湍動(dòng)能和湍流耗散率6個(gè)方面對(duì)兩種翼型有效表面微結(jié)構(gòu)的減阻機(jī)理進(jìn)行研究。結(jié)果表明,升阻力系數(shù)中壓差分量的變化率對(duì)總系數(shù)值的增加或減小起到重要的決定性作用,而粘性分量的變化率對(duì)總系數(shù)的變化率影響很小。表面微結(jié)構(gòu)減小了吸力面表面壓力系數(shù)、增加了壓力面表面壓力系數(shù),即使得表面壓力系數(shù)積分面積增加,從而升力系數(shù)增加。溝槽能有效地留住進(jìn)入的空氣,使其形成“微型空氣軸承”,使得表面邊界層被抬高,同時(shí)減小邊界層內(nèi)能量耗散,降低溝槽后邊界層的厚度,這是表面微結(jié)構(gòu)減阻的本質(zhì)機(jī)理。
【學(xué)位單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TK83
【部分圖文】：

１９７６年，由ＷｉｌｓｏｎＷ推導(dǎo)出的風(fēng)力機(jī)理想最大風(fēng)能利用系數(shù)位ｍａｘ的計(jì)算公式考慮了??翼型阻為的影響。取葉片數(shù)公為３，根據(jù)式（１－１）繪制出位ｍａｘ隨葉尖速比厶升阻比??Ｃ／／Ｑ變化的曲線圖，如圖１．１所示。??Ｃ?二??些?ｆ任￥１＾）１?．１１、??Ｐｍａｘ?２７?［?１．４８?＋?（５＇＾＇?－?０．０４）Ａ?＋?０．００２５Ａ＂?＋?、，??式中，。胃表示理想最大風(fēng)能利用系數(shù)，２表示葉尖速比，公表示葉片數(shù)，。表示翼??型阻力系數(shù)，Ｑ表示翼型升力系數(shù)，ＣＶＱ表示翼型升阻比。??Ｃ／Ｃ＝２０??三?０．６．?Ｃ／Ｃ＾＝４０??Ｉ?：?￣Ｃ／Ｃ＝６０??§?化５：?—ｃ，化ｄ＝８〇??０．４；?／Ｃ?．?Ｃ，＾，＝１００??Ｉ?：?／?＇、＇、＇、?－Ｃ（／＝〇??＾?０－３：?／?貝巧巧巧?Ｂｅｔｚ?Ｌｉｍｉｔ??歷４?＇??誦。??Ｗ?０?Ｄ〇?５?１０?巧?２０??葉尖速比?Ｔｉｐ?ｓｐｅｅｄ?ｒａｔｉｏ??圖１．１理想最大風(fēng)能利用系數(shù)特性圖??注：風(fēng)輪可獲得的功率系數(shù)的理論最大值稱為貝茲極限（Ｂｅｔｚ?Ｌｉｍｉｔ）。??由圖１．１可知，對(duì)于３葉片風(fēng)力機(jī)而言，Ｗ風(fēng)力機(jī)運(yùn)行在常規(guī)葉尖速比為８時(shí)考慮，??

圓管內(nèi)氣體振動(dòng)從而在孔外產(chǎn)生禍環(huán)現(xiàn)象。第一個(gè)將合成射流技術(shù)應(yīng)用于流動(dòng)控制的是??Ｗｉｌｔｓｅ［ｉ０咽隊(duì)，１９９３年，他們?cè)谝粋�(gè)水為直徑為４．３４ｃｍ、中屯、線速度為４ｍ／ｓ的方形導(dǎo)管??出口面放置具有四個(gè)共同作用的電壓制動(dòng)器Ｗ產(chǎn)生空氣噴射效果。圖１．３為采用合成射流??控制技術(shù)的翼型內(nèi)部示意圖［１１］，２０１１年，ＤａｖＷｅ團(tuán)隊(duì)采用機(jī)械活塞產(chǎn)生間隙合成射流，用??來研究超高升力、低壓禍輪葉片在給定逆壓梯度下邊界層轉(zhuǎn)披與分離的發(fā)展，研究表明，??主動(dòng)裝置可Ｗ通過強(qiáng)逆壓梯度控制低雷諾數(shù)下產(chǎn)生的層流分離調(diào)泡。２０１３年，Ｌｉｎ［Ｗ團(tuán)隊(duì)??在ＮＡＣＡ６３３０１８翼型前緣１２％弦長(zhǎng)處沿展向布置一個(gè)合成射流Ｗ激發(fā)過流，并在雷諾數(shù)??８．０Ｘ１０４工況下獲得了減阻增升的效果。??圖１．３合成射流控制技術(shù)示意圖［１１］??等離子體減阻控制技術(shù)在翼型上的應(yīng)用原理圖如１．４所示ｔＷ，由圖可知，需要借助布??置在翼型表面的電極使表面空氣被電離形成等離子體，產(chǎn)生的離子在不均勻電場(chǎng)的作用下??定向運(yùn)動(dòng)，擾動(dòng)流場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)流動(dòng)控制的目的。１９９５年，Ｃａｖａｌｉｅｒｉ＾４］將單極介質(zhì)阻擋放??電流動(dòng)控制設(shè)備稱為等離子體制動(dòng)器。２００３年

３??使翼型表面流動(dòng)延遲到運(yùn)行在雷諾數(shù)為２．〇ｘｌ〇７時(shí)才發(fā)生轉(zhuǎn)挾。??圖１．２傳統(tǒng)吹吸氣技術(shù)原理圖ｎ??合成射流減阻控制技術(shù)又名零質(zhì)量射流技術(shù)，其工作原理發(fā)現(xiàn)于１９５０年ＩｎｇａｒｄＭ團(tuán)??隊(duì)開展的有關(guān)孔口聲阻抗大小與循環(huán)效果之間非線性關(guān)系的試驗(yàn)中，試驗(yàn)表明，聲波可使??圓管內(nèi)氣體振動(dòng)從而在孔外產(chǎn)生禍環(huán)現(xiàn)象。第一個(gè)將合成射流技術(shù)應(yīng)用于流動(dòng)控制的是??Ｗｉｌｔｓｅ［ｉ０咽隊(duì)，１９９３年，他們?cè)谝粋�(gè)水為直徑為４．３４ｃｍ、中屯、線速度為４ｍ／ｓ的方形導(dǎo)管??出口面放置具有四個(gè)共同作用的電壓制動(dòng)器Ｗ產(chǎn)生空氣噴射效果。圖１．３為采用合成射流??控制技術(shù)的翼型內(nèi)部示意圖［１１］，２０１１年，ＤａｖＷｅ團(tuán)隊(duì)采用機(jī)械活塞產(chǎn)生間隙合成射流，用??來研究超高升力、低壓禍輪葉片在給定逆壓梯度下邊界層轉(zhuǎn)披與分離的發(fā)展，研究表明，??主動(dòng)裝置可Ｗ通過強(qiáng)逆壓梯度控制低雷諾數(shù)下產(chǎn)生的層流分離調(diào)泡。２０１３年，Ｌｉｎ［Ｗ團(tuán)隊(duì)??在ＮＡＣＡ６３３０１８翼型前緣１２％弦長(zhǎng)處沿展向布置一個(gè)合成射流Ｗ激發(fā)過流，并在雷諾數(shù)??８．０Ｘ１０４工況下獲得了減阻增升的效果。??圖１．３合成射流控制技術(shù)示意圖［１１］??等離子體減阻控制技術(shù)在翼型上的應(yīng)用原理圖如１．４所示ｔＷ
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 王曉玲;樊彥亭;;一種基于表面微結(jié)構(gòu)提高LED光提取率的方法[J];北京信息科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年03期

2 蔣尹爽;宋正勛;董莉彤;余燁;王作斌;尹福昌;;表面微結(jié)構(gòu)化探測(cè)器的靈敏度分析[J];長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年05期

3 朱永偉;王占和;范仲俊;云乃彰;;摩擦副表面微結(jié)構(gòu)及其超聲復(fù)合電加工技術(shù)研究[J];中國(guó)機(jī)械工程;2008年24期

4 張文龍;周平;吳承偉;;微柱和微管陣列結(jié)構(gòu)表面的抗熱沖擊特性[J];力學(xué)學(xué)報(bào);2013年02期

5 張?jiān)齐?趙峰,汪新中;氣缸工作表面微結(jié)構(gòu)數(shù)控激光成形機(jī)[J];中國(guó)機(jī)械工程;2005年06期

6 單以洪;馮仕猛;王坤霞;田嘉彤;徐華天;周玲;楊樹泉;鞠雪梅;;單晶硅表面微結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)技術(shù)的改進(jìn)[J];硅酸鹽學(xué)報(bào);2012年06期

7 ;[J];;年期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 梅浩;新型表面微結(jié)構(gòu)硅及其在太陽能熱電系統(tǒng)應(yīng)用的研究與探索[D];重慶大學(xué);2011年

2 陽雪兵;小徑高速液體懸浮主軸熱動(dòng)力潤(rùn)滑特性與表面微結(jié)構(gòu)效應(yīng)研究[D];湖南大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 范杰林;貝殼表面微結(jié)構(gòu)特征分析研究[D];大連海洋大學(xué);2015年

2 郭亞杰;表面微結(jié)構(gòu)對(duì)表面潤(rùn)濕性和粘附性影響的分子動(dòng)力學(xué)研究[D];東南大學(xué);2015年

3 張敬大;基于光干涉法的超精密車削表面微結(jié)構(gòu)在位檢測(cè)技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

4 石亞麗;風(fēng)力機(jī)專用翼型表面微結(jié)構(gòu)減阻特性的研究[D];揚(yáng)州大學(xué);2016年

5 王曉楠;不同試驗(yàn)條件下表面微結(jié)構(gòu)的摩擦學(xué)特性研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

6 王憲良;鈦合金表面微結(jié)構(gòu)的微細(xì)加工及水溶液摩擦學(xué)特性研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

7 高海平;分子自組裝在表面微結(jié)構(gòu)防污材料制備中的應(yīng)用研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2010年

8 謝國(guó)濤;基于貝殼表面微結(jié)構(gòu)的仿生表面制備技術(shù)研究[D];武漢理工大學(xué);2012年

9 張文龍;仿生表面微結(jié)構(gòu)的熱防護(hù)性能研究[D];大連理工大學(xué);2013年

10 鄭彬;基于表面微結(jié)構(gòu)的高超聲速飛行器減阻降溫技術(shù)研究[D];北京交通大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2877100