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风能作为一种清洁无污染的可再生能源,在人类目前所使用的各种能源中所占的比例越来越重。同时由于风能的开发过程不破坏环境,无污染,几乎取之不竭得优点,越来越多的国家和地区投入到风力发电的研究和风电产业建设中来,过去10年我国的装机总量年均增长速度达到50%以上。叶片作为风力机中最关键的部件之一,对翼型的研究是风力机研究的基础,也有助于推动我国风力发电事业的快速发展。随着计算机技术的发展,CFD方法在研究翼型气动性能中的作用越来越明显。本文用CFD数值模拟的方法对本课题组和丹麦技术大学联合开发的CQU-DTU-A18翼型进行气动性能分析,主要进行了以下几个方面的研究工作:
①分析了国内外风力发展现状及风力机专用翼型气动性能现状的基础上,对分析了各系列风力机专用翼型的特点,翼型的几何参数包括翼弦、前缘半径、厚度、中弧线、弯度和尾缘厚度等这些参数直接影响翼型的气动性能,以及本课题组和丹麦技术大学联合开发的CQU-DTU系列翼型。
②对水平轴风力机运行条件下的CQU-DTU-A18翼型绕流流场进行了数值模拟,将翼型数据导入前处理软件Gambit,建立二维模型、创建流场和划分网格,设置边界条件,导出mesh文件,将mesh导入FLUENT软件进行计算。数值模拟过程采用了四种湍流模型,并将其计算结果进行比较,最终选取Spalart-Allmaras湍流模型对本文中的翼型进行气动性能模拟。
③在雷诺数Re=1.0×106,马赫数Ma=0.15,攻角范围0°~30°,用Spalart-Allmaras对CQU-DTU-A18翼型进行了数值模拟,得到了翼型随攻角变化的升力系数、阻力系数,压力系数,并对NACA和FFA-W3-211两个系列的3种翼型进行了气动性能的分析和计算,得出了CQU-DTU-A18翼型具有更好的气动性能,如更高的升力系数升阻比、更低的阻力系数和更好的失速性能:最大升力系数为2.2477,最大升阻比为75.26,最大升力系数与翼型NACA63-218、NACA63-418和FFA-W2-211的最大升力系数相比分别高51%、46.1%和35.54%;最大升阻比和NACA63-218、NACA63-418与FFA-W3-211最大升阻比分别增加34.27%、23.36%、19.76%;翼型在大攻角下,流动分离比较迟。并初步探讨了翼型几何特性对翼型气动性能的影响,较大的前缘半径,翼型上表面流场的流线曲面,较大的上翼面弯度,下翼面后半翼面的大曲度对提升翼型气动性能后重要的作用。