風(fēng)力機(jī)長(zhǎng)期受冰雹暴雨以及沙塵暴等的沖蝕影響,導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)葉片表面受損,嚴(yán)重影響到風(fēng)力機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行及功率輸出。本文針對(duì)S809翼型,對(duì)前緣表面不同深度、不同范圍的磨損形貌特征進(jìn)行研究,旨在得出不同磨損形貌特征對(duì)翼型及其周?chē)鲌?chǎng)的影響規(guī)律,并在一定條件下模擬了沙塵環(huán)境下翼型的磨損過(guò)程。采用CFD方法計(jì)算并分析了不同磨損形貌特征S809翼型的空氣動(dòng)力特性及流場(chǎng)結(jié)構(gòu),研究前緣磨損對(duì)翼型空氣動(dòng)力特性的影響機(jī)理。(1)采用SST k-?湍流模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,研究不同前緣脫層深度對(duì)翼型流場(chǎng)和氣動(dòng)性能的影響。結(jié)果表明,前緣脫層改變了翼型形狀,使得前緣流動(dòng)變?yōu)榕_(tái)階流動(dòng),造成后緣分離區(qū)變大、分離點(diǎn)前移。隨脫層深度加深和攻角增大,吸力面前緣回流旋渦和后緣分離區(qū)首先由相互獨(dú)立狀態(tài)變?yōu)橥煌膺吔�、分離區(qū)中心相互獨(dú)立的狀態(tài),最后兩區(qū)域完全融合。同一攻角下,前緣脫層深度對(duì)前緣的壓力系數(shù)影響較大。攻角小于3°時(shí),前緣脫層對(duì)翼型的升、阻力系數(shù)影響較小,攻角大于3°后,隨著脫層程度的加深,翼型的升力系數(shù)逐漸減小,阻力系數(shù)逐漸增大。相對(duì)光滑翼型來(lái)說(shuō),前緣脫層翼型升力損失率最高達(dá)55.08%,阻力增長(zhǎng)率最大達(dá)150.48%。(2)建立了脫層深度為3mm、不同脫層范圍的壓力面脫層翼型和吸力面脫層翼型。脫層改變了翼型形狀,流過(guò)壓力面脫層翼型前緣時(shí)為前臺(tái)階流動(dòng);流過(guò)吸力面脫層翼型前緣時(shí)為后臺(tái)階流動(dòng)。前臺(tái)階后形成的回流旋渦使尾緣流動(dòng)提前分離,分離點(diǎn)前移。與光滑翼型相比,不管是壓力面脫層還是吸力面脫層都會(huì)引起翼型尾緣的流動(dòng)提前分離,且攻角越大流動(dòng)分離越嚴(yán)重。翼型發(fā)生脫層后,其升力系數(shù)和阻力系數(shù)在攻角小于8.2°的情況下與光滑翼型相差較小;攻角大于8.2°后,脫層翼型的升力系數(shù)較光滑翼型顯著減小,阻力系數(shù)顯著增大。前臺(tái)階對(duì)空氣流動(dòng)的影響大于后臺(tái)階,因此兩種脫層模型中,壓力面脫層對(duì)翼型氣動(dòng)性能影響較大。脫層造成翼型表面外形突變,導(dǎo)致脫層翼型的表面壓力出現(xiàn)了三種現(xiàn)象,一是在脫層位置處出現(xiàn)局部壓力突變;二是隨攻角增大,前緣至最大相對(duì)厚度處的壓力明顯降低,出現(xiàn)流動(dòng)分離;三是翼型發(fā)生脫層后,前緣至最大相對(duì)厚度處的表面壓力均出現(xiàn)了波動(dòng)。(3)通過(guò)氣固兩相模擬研究了沙粒對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型的磨損過(guò)程。選取位于PhaseⅥ風(fēng)力機(jī)葉片半徑99.4%處的翼型為研究對(duì)象,攻角為12.29°。以光滑翼型的氣固兩相模擬為基礎(chǔ),通過(guò)翼型表面磨損率的分布計(jì)算出磨損深度,對(duì)翼型進(jìn)行改形,然后在同樣的條件下對(duì)改形翼型進(jìn)行氣固兩相模擬,重復(fù)上述步驟模擬了翼型磨損過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)壓力面的磨損范圍為前緣至弦線的40%處,吸力面磨損范圍為弦線的10%內(nèi);前緣附近磨損位置的分布較為密集,磨損率較大,沿弦線方向磨損位置分布逐漸稀疏,磨損率較小;改形后翼型發(fā)生磨損的位置相對(duì)上一次磨損位置均向前緣遞進(jìn)移動(dòng),并且隨改形次數(shù)增加磨損率顯著增大。翼型的磨損過(guò)程可概括為:光滑翼型發(fā)生磨損后,磨損位置以上一次磨損位置為基礎(chǔ)逐漸向前緣移動(dòng),形成分布密集的小坑,沙粒對(duì)小坑邊壁進(jìn)行破壞,使得相鄰的小坑連通成為較大的坑,最后逐漸形成脫層。
【學(xué)位單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK83
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 風(fēng)力機(jī)磨損研究現(xiàn)狀
        1.2.2 氣固兩相流研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要工作內(nèi)容
第2章 基本理論
    2.1 翼型空氣動(dòng)力學(xué)特性
        2.1.1 升力系數(shù)
        2.1.2 阻力系數(shù)
        2.1.3 升阻比
    2.2 葉素理論
    2.3 CFD相關(guān)理論
        2.3.1 控制方程
    2.4 湍流模型
        2.4.1 Spalart-Allmaras（S-A）模型
        2.4.2 k-ε模型
        2.4.3 SSTk-ω模型
    2.5 氣固兩相流理論
        2.5.1 氣固兩相數(shù)值模擬
        2.5.2 兩相流數(shù)值模擬常用數(shù)學(xué)模型
第3章 脫層深度對(duì)S809翼型氣動(dòng)性能的影響
    3.1 脫層幾何模型的建立
    3.2 翼型網(wǎng)格劃分
    3.3 邊界條件設(shè)定
    3.4 計(jì)算結(jié)果分析
        3.4.1 脫層深度對(duì)翼型尾緣流場(chǎng)的影響
        3.4.2 脫層深度對(duì)翼型前緣流場(chǎng)的影響
        3.4.3 脫層深度對(duì)尾緣分離區(qū)的影響
        3.4.4 脫層深度對(duì)翼型氣動(dòng)性能的影響
    3.5 本章小結(jié)
第4章 脫層范圍對(duì)翼型氣動(dòng)性能的影響
    4.1 脫層幾何模型的建立
    4.2 脫層范圍對(duì)翼型流場(chǎng)的影響
    4.3 脫層范圍對(duì)翼型氣動(dòng)性能的影響
        4.3.1 脫層范圍對(duì)翼型表面壓力的影響
        4.3.2 脫層范圍對(duì)翼型升阻力系數(shù)的影響
    4.4 本章小結(jié)
第5章 翼型磨損過(guò)程的模擬
    5.1 幾何模型及數(shù)學(xué)模型
        5.1.1 研究對(duì)象
        5.1.2 磨損模型的構(gòu)建
        5.1.3 初始條件和邊界條件設(shè)置
    5.2 計(jì)算結(jié)果分析
    5.3 磨損翼型的流場(chǎng)分析
    5.4 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄 A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄

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本文編號(hào)：2881541