風(fēng)力機葉片的氣動性能是研制高水平風(fēng)力機的關(guān)鍵因素,對其氣動特性的準(zhǔn)確預(yù)測和對相關(guān)流動的有效控制是提升研制能力的兩個重要方面。在氣動性能預(yù)測方面,翼型作為風(fēng)力機葉片的基本組成要件,其氣動模型的預(yù)測精度（尤其在非定常工況下）直接影響到風(fēng)力機整體氣動性能的預(yù)測結(jié)果。由于工程應(yīng)用中預(yù)測模型對計算時間方面的需求,建立準(zhǔn)確和高效的風(fēng)力機翼型氣動模型可以為風(fēng)力機葉片氣動特性的預(yù)測提供理論基礎(chǔ)。葉尖渦是水平軸風(fēng)力機的主要三維流動結(jié)構(gòu),對風(fēng)力機的輸出功率、噪聲水平和疲勞載荷等具有重要影響,工程應(yīng)用中希望能獲得有效控制葉尖渦的方法。本文首先通過數(shù)值計算獲得了風(fēng)力機動態(tài)失速工況的流場,采用模態(tài)分解的方法進(jìn)一步分析繞翼非定常流場。其次基于數(shù)值計算結(jié)果,利用降階模型建立了風(fēng)力機翼型非定常氣動模型,為提高風(fēng)力機的設(shè)計和優(yōu)化能力提供理論支持。最后針對流動控制問題,通過PIV技術(shù)測量探究了葉尖導(dǎo)流管結(jié)構(gòu)對風(fēng)力機葉尖流動的控制效果,并利用實驗和數(shù)值數(shù)據(jù)分析闡述其流動機理,為該方法在風(fēng)力機中的運用提供了理論與數(shù)據(jù)支持。本文具體內(nèi)容如下:1.采用數(shù)值計算方法,基于帶轉(zhuǎn)捩修正的k-o SST湍流模型以及滑移網(wǎng)格技術(shù),對作周期... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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圖１．１中國風(fēng)電發(fā)展示意圖問??Ｆｉｇ．?１．１?Ｗｉｎｄ?ｐｏｗｅｒ?ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ?ｏｆ?Ｃｈｉｎａ［３ｊ??

當(dāng)風(fēng)流過風(fēng)力機風(fēng)輪平面時，風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)。風(fēng)的動能轉(zhuǎn)移到風(fēng)輪上，風(fēng)的動能??減少，風(fēng)速下降，而此時未經(jīng)過風(fēng)輪圓盤范圍的空氣將不會受到影響。為了使簡??化模型，僅考慮流經(jīng)風(fēng)輪圓盤部分來流空氣，即可得流管模型。如圖１．２所示，??其中風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面又可稱為制動盤或激盤。上游來流速度為％，由于風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的??影響，風(fēng)在流經(jīng)風(fēng)輪圓盤前壓力增大速度減小為ｔ／２。風(fēng)輪從風(fēng)中獲取動能，導(dǎo)致??圓盤后靜壓為負(fù)，風(fēng)速為ｆ／３。由于速度下降，尾流部分空氣膨脹，橫截面積變大。??同時氣體靜壓上升，直到恢復(fù)到自由來流壓力，速度不再變化為ｉ／４。??Ｉ??Ｉ?ｉ??ｉ?ｉ??ｉ?ｉ??ｕ，?！?ｕ２?ｕ３??ｉ?｜?；?ｉ??ｉ?１?ｉ?ｉ??１?２?３?４??圖１．２動量理論示意圖??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｍｏｍｅｎｔｕｍ?ｔｈｅｏｒｙ??由于風(fēng)輪上游和下游沒有做功現(xiàn)象，所以可以在制動盤兩側(cè)應(yīng)用伯努利方程。??又因為制動盤兩側(cè)速度相等即（／２?＝?（／３�？梢缘玫剑�??（ｉ－ｉ）??如果定義一個軸流誘導(dǎo)因子ａ來衡量來流方向流速降低程度，其表達(dá)式為??ａ?＝?＾?（１－２）??則對于一個理想狀態(tài)下的風(fēng)力機

１．２．１．２葉素動置理論??風(fēng)力機葉片上受力分析可以轉(zhuǎn)化為升力及阻力系數(shù)以及攻角之間的關(guān)系，如??圖１．３所示，在葉片受力分析中，可以將葉片沿翼展方向分為Ｎ段，并對其進(jìn)行??以下假設(shè)：１、每段葉素處在相應(yīng)的流環(huán)之中，沒有翼展方向氣流，流環(huán)之間流??動不相互影響，故葉素之間沒有氣動力的影響。２、在每個葉素上的作用力僅由??其翼型的升力及阻力特性來決定。??１）??圖１．３葉素示意圖［７］??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｂｌａｄｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ！７１??需要注意在以上的描述中，沒有考慮到制動盤后氣流會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的情況。而??實際情況下，當(dāng)氣流流經(jīng)風(fēng)輪制動盤時，制動盤受到來流空氣的作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，??以角速度ｎ旋轉(zhuǎn)，從而獲得動能；相反，來流空氣也受到制動盤的反作用力，向??相反方向離開制動盤，定義該切向速度分量為ｕｔ。如此就能定義切向流動誘導(dǎo)因??子ａｆ為：??ａ＇?＝?＾￣?（１－５）??Ｏｒ??通過以上假設(shè)，在分析葉片受力分析時，即可將三維葉片模型轉(zhuǎn)化為二維模??型

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]葉尖射流對風(fēng)力機葉尖流場影響的數(shù)值研究[J]. 高翔,胡駿,王志強.  航空動力學(xué)報. 2014(08)
[2]S系列新翼型風(fēng)力機葉尖近尾跡區(qū)域流場數(shù)值計算與分析[J]. 代元軍,汪建文,吳偉民,張立茹,趙宏宇.  太陽能學(xué)報. 2014(02)
[3]瞬變工況風(fēng)力機氣動性能預(yù)測[J]. 沈昕,俞國華,竺曉程,杜朝輝.  上海交通大學(xué)學(xué)報. 2013(03)
[4]基于非線性升力面方法的風(fēng)力機尾跡數(shù)值模擬[J]. 仇永興,康順.  工程熱物理學(xué)報. 2012(12)
[5]基于本征正交分解和代理模型的流場預(yù)測方法[J]. 邱亞松,白俊強,華俊.  航空學(xué)報. 2013(06)
[6]S型葉尖小翼對風(fēng)力機流場特性影響的研究[J]. 張立茹,汪建文,于海鵬,由志剛,高志鷹.  工程熱物理學(xué)報. 2012(05)
[7]非定常流場降階模型及其應(yīng)用研究進(jìn)展與展望[J]. 陳剛,李躍明.  力學(xué)進(jìn)展. 2011(06)
[8]風(fēng)力機翼型動態(tài)失速的POD模型降階方法[J]. 張震宇.  南京航空航天大學(xué)學(xué)報. 2011(05)
[9]風(fēng)力機葉尖渦的數(shù)值模擬[J]. 鐘偉,王同光.  南京航空航天大學(xué)學(xué)報. 2011(05)
[10]風(fēng)力機翼型氣動計算的降階模型研究[J]. 汪仲夏,劉磊,徐宇,徐建中.  工程熱物理學(xué)報. 2011(09)

博士論文
[1]水平軸風(fēng)力機葉片失速問題研究[D]. 俞國華.上海交通大學(xué) 2013

碩士論文
[1]大型飛機機翼增升減阻技術(shù)研究[D]. 宗昕.南京航空航天大學(xué) 2012



本文編號：3134017