【摘 要】
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随着“碳达峰、碳中和”目标的提出,提高风力机叶片的风能捕获效率、增加电能产出转化一跃成为目前研究的热门方向。风力机风轮叶片是风能转化过程中的重要机构,其吸收风能的大小与组成叶片翼型的气动性能息息相关,采用合适的流动控制方法对翼型进行分离流控制研究一直以来是该方向一个重要的分支。本文以风力机常用的翼型为研究对象,提出一种对气流被动控制方法——双圆弧缝隙。通过对翼型进行开缝设计,致使从缝隙中喷出的射流
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随着“碳达峰、碳中和”目标的提出,提高风力机叶片的风能捕获效率、增加电能产出转化一跃成为目前研究的热门方向。风力机风轮叶片是风能转化过程中的重要机构,其吸收风能的大小与组成叶片翼型的气动性能息息相关,采用合适的流动控制方法对翼型进行分离流控制研究一直以来是该方向一个重要的分支。本文以风力机常用的翼型为研究对象,提出一种对气流被动控制方法——双圆弧缝隙。通过对翼型进行开缝设计,致使从缝隙中喷出的射流,为分离涡区的低能分离气体注入能量,起到增升减阻的作用,进而提高风能利用效率。本文主要工作内容如下:（1）介绍了在“碳达峰、碳中和”净零排放目标背景下,急需解决的问题及论文研究的意义;然后分别对翼型设计方法、气动特性分析和流动控制技术等方面的国内外研究进展与成果进行归纳总结。（2）对流体力学数值计算方法及翼型相关理论进行介绍;对翼型表面气体流动分离的产生机理和静态失速进行分析及验证。（3）基于NACA4412钝尾缘翼型,对双圆弧缝隙形式的初始设计思想进行阐述。通过数值仿真的方法,对比分析了该设计缝隙形式下,缝隙分布位置和宽度对翼型气动特性的影响规律及流场特点。（4）针对以上研究发现:初始设计方案存在缝隙通道射流出入口弧度较小,造成气流控制效果不理想的问题,对原始双圆弧开缝翼型设计方案进行改进探索,最终发现GJ开缝翼型2的设计方案对翼型的气动特性提升效果最佳。接着根据缝隙位置及宽度对翼型气动特性的影响规律,选取缝隙位置靠近翼型尾部改进后的开缝翼型,采取同样的方法进行气动特性研究;探究了雷诺数变化对改进后的双圆弧开缝翼型气动特性的影响规律,并对翼型双圆弧缝隙对气流控制机理进行探析。（5）对全攻角范围气动特性最佳的NACA4412双圆弧型开缝翼型进行临界失速攻角的定量描述,通过拟合的方法,给出其在来流风速为3～21m/s范围的失速攻角表达式,为工程应用提供有益参考。（6）为了证明本文设计的流动控制方法的通用性,选取两种不同类型的风力机翼型进行设计方法验证,并将本文设计的双圆弧型开缝翼型与参考文献中直线型开缝翼型进行气动性能对比。
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