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风能作为可再生能源,不仅清洁无污染,并且是可再生能源发电形式中,技术最成熟且最具规模开发条件的发电方式之一,已受到世界各国的高度重视。目前广泛采用的气动性能研究方法是基于传统的动量.叶素理论和二维翼型的风洞实验数据,但实际的风力机是三维及旋转的,故采用该方法低估了实际风轮的动力产生。随着现代计算机应用技术的发展和三维湍流模拟技术的提高,CFD方法在风力机空气动力特性研究中的作用越来越明显。
本文首先对传统水平轴风力机中使用较多的NACA63-215翼型进行数值模拟,对其在0°~30°攻角范围内进行了数值计算,分析其气动特性,并与NREL系列的S832翼型进行了对比,得出传统翼型和专用翼型在相同厚度时气动性能方面的差距。
再对风力机专用翼型S832分别添加了不同高度的Gumey襟翼,并且针对对翼型气动性能提高最有效的Gurney襟翼,改变其襟翼偏转角,分析不同偏转角襟翼对翼型气动性能的影响。数值计算结果表明:在风力机翼型上添加襟翼,能够有效提高翼型升力系数,升阻力系数和升阻比与襟翼的有效高度有关。
最后,利用NACA63-215翼型对风力机风轮进行建模,对不同工况下风轮流场进行了数值模拟,计算出不同风速下风力机的功率和效率;并对不同工况下风轮叶片的压力和速度分布进行了分析,探讨了三维旋转效应对流动特性的影响。