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风能作为利用最为广泛的清洁能源,已经引起各个国家的重视,同时风力发电技术也飞速提高。为了降低风力发电成本,研究人员从不同角度提出思路,如风力机大型化、使用新型材料、控制叶片附面层流体流动等,其中叶片表面流动通过射流技术来控制。本文研究内容包括二维翼型和三维叶片两方面:通过在叶片吸力面开槽的方式,采用射流方式来提升二维翼型的升力系数,并对不同开槽参数进行模拟计算;对叶片研究采用CFD方法,针对叶片吸力面流动最紊乱区域,结合二维翼型开槽的最佳参数,利用射流技术来控制叶片表面气体流动。本文首先选取二维翼型进行升力系数提升研究,分析S809翼型在不同开缝位置、不同缝宽、不同射流角下的气体流场。基于S-A湍流模型,采用团队自主开发的N-S方程求解器,成功获取叶片开缝前后叶片流场、压强系数曲线并对其进行对比研究。结果表明:开缝后附面层气体运动得到控制,流场变得更平稳;开缝位置在0.5倍弦长处,升力系数有最佳值;在缝宽为0.02倍弦长时,其升力系数可达1.441,相比原型叶片提高17.13%;射流角为2°、4°和6°时,叶片最大升力系数分别提高14.83%、15.43%和17.13%,6°效果最好。射流技术应用于风力机翼型,有利于改善叶片流场状况,起到增升作用。然后通过CFD方法研究三维叶片表面流场分布特性。基于k-wSST湍流模型,以S809翼型作为模型的翼型段,对不同来流速度(5m/s～10m/s)下的叶片进行数值模拟,并将模拟结果与实验值对比,模拟值接近实验值。对叶片做开槽处理,研究不同流速下,不同开槽位置对叶片五种截面(ri/r=0.30、ri/r=0.47、rj/r=0.63、ri/r=0.80、ri/r=0.95)流场影响,研究发现:射流口喷射的流体掺混到叶片表面的气体中,增加了流体能量,使附面层旋涡减小,减缓旋涡脱落趋势,加强了对近壁面流体流动控制。研究范围内,7m/s风速下沿径向ri/r=0.30位置开槽效果最好;10m/s风速下ri/r=0.47位置开槽效果最佳。10m/s时最大功率为12.50kw,比原始叶片提高了 2.30%。开槽处理能改善吸力面气体流动,减小边界层分离情况的发生。叶片吸力面开槽的射流方式,有效改善了叶片表面边界层分离情况,提高了风力机叶片的升力系数。风力机增升性能的研究能够提高风力机风能利用效率,有利于推广风电技术的发展。图[36]表[5]参[74]