針對目前風(fēng)力機大厚度翼型設(shè)計參數(shù)空間有限、優(yōu)化設(shè)計過程中氣動力預(yù)測不準(zhǔn)等問題,利用B樣條函數(shù)表征通用翼型廓線,編制程序集成耦合翼型設(shè)計模塊、任意翼型自適應(yīng)網(wǎng)格模塊、CFD流場計算模塊、遺傳算法優(yōu)化模塊,提出了基于CFD技術(shù)與遺傳算法的風(fēng)力機葉片大厚度翼型優(yōu)化設(shè)計方法,并對比分析優(yōu)化新翼型與DU97-W-300翼型的幾何特性與氣動性能。結(jié)果表明,優(yōu)化方法設(shè)計的新翼型在主要攻角范圍內(nèi)具有較高的氣動性能,在雷諾數(shù)為3.0×106的情況下,其升力系數(shù)、升阻比分別提高了13.555%、38.588%。該翼型優(yōu)化設(shè)計方法為風(fēng)力機大厚度通用翼型的設(shè)計與應(yīng)用提供參考。 

【文章來源】：水電能源科學(xué). 2020,38(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

翼型B樣條表征廓線

采用CFD技術(shù)進行翼型氣動性能計算，其中翼型流體網(wǎng)格劃分必不可少。在采用B樣條函數(shù)進行翼型表征及優(yōu)化設(shè)計過程中，會出現(xiàn)滿足優(yōu)化設(shè)計幾何約束條件的形狀各異的翼型廓線集，這給翼型自動網(wǎng)格生成及流體計算帶來困難。利用ICEM中網(wǎng)格劃分模塊，編制任意翼型網(wǎng)格自適應(yīng)生成程序，通過運行該命令流可自動生成任意翼型結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，見圖2。采用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分技術(shù)，可實現(xiàn)翼型自動網(wǎng)格劃分功能，這對于翼型優(yōu)化設(shè)計過程中多達上萬次的網(wǎng)格劃分來說尤為重要。在翼型優(yōu)化設(shè)計前，進行了網(wǎng)格無關(guān)性分析，網(wǎng)格數(shù)12×104滿足計算要求。第一層網(wǎng)格高度為10-5 mm，壁面處Y+≤1。翼型的氣動性能計算在FLUENT中完成。湍流模型選用Transition SST轉(zhuǎn)捩模型[8]，并對其進行低雷諾數(shù)修正。采用二維雙精度定常求解N-S方程；勢能、湍流動能、特定耗散率等空間離散方式采用二階迎風(fēng)格式，速度和壓力耦合采用SIMPLE算法。設(shè)置翼型無窮遠(yuǎn)處為速度入口（翼型左側(cè)、上側(cè)、下側(cè)），翼型流場右側(cè)為壓力出口；翼型邊界條件為標(biāo)準(zhǔn)無滑移壁面，收斂精度為10-6。

為了驗證大厚度翼型氣動性能計算方法的準(zhǔn)確性，計算了DU97-W-300翼型在雷諾數(shù)為3.0×106條件下的氣動性能，并與風(fēng)洞試驗[9]結(jié)果進行了對比分析。在攻角α=9.3°、12.4°的情況下，翼型表面壓力分布見圖3。由圖3可知，不同攻角下計算的壓力系數(shù)分布與試驗數(shù)據(jù)基本吻合，從而驗證了CFD方法計算大厚度翼型氣動性能的可行性與準(zhǔn)確性。4 CFD技術(shù)與遺傳算法集成優(yōu)化設(shè)計

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于連續(xù)攻角的風(fēng)力機翼型整體氣動性能提高的優(yōu)化設(shè)計[J]. 汪泉,陳進,王君,孫金風(fēng).  機械工程學(xué)報. 2017(13)
[2]基于多點攻角的風(fēng)力機翼型優(yōu)化設(shè)計[J]. 汪泉,王君,陳進,余曉琴,孫金風(fēng).  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報. 2016(11)
[3]相對厚度對DU系列翼型氣動性能的影響[J]. 賈亞雷,安鵬,李秋菊,韓中合.  機械設(shè)計與制造. 2016(03)
[4]基于改進多目標(biāo)粒子群算法的風(fēng)力機大厚度翼型優(yōu)化設(shè)計[J]. 陳進,郭小鋒,孫振業(yè),李松林.  東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2016(02)
[5]風(fēng)力機專用翼型綜合優(yōu)化設(shè)計方法[J]. 陳亞瓊,方躍法,郭盛,溫如鳳.  中國機械工程. 2015(09)
[6]翼型厚度對風(fēng)力機葉片翼型氣動特性的影響[J]. 王菲,呂劍虹,王剛.  流體機械. 2011(12)



本文編號：3222907