基于微致动器阵列的风力机智能叶片流动控制研究

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风力机叶片作为风能转换系统的直接部件,其翼型特性直接决定了风力机风能利用率以及风力机运行稳定性等。叶片气动性能分析与主动流动控制是风力机设计的两个关键问题。为此,本文主要针对风力机叶片翼型的启动性能、叶片静态、动态失速及基于微致动器的主动流动进行了详细研究。具体内容包括:  首先,根据风力机的气动参数性能,确定叶片的几何参数和特性参数,建立叶片的三维模型,并对其中的一个叶素截面进行流场模拟计算,分析其静态、动态失速性能。在来流攻角各种变化的情况下,研究了翼型周围流场,以及升力系数、阻力系数和升阻比的改变对风力机运行效率的影响,得出了翼型周围边界层的分离状况严重影响升力系数、阻力系数值的大小。  其次,在Leishman-Beddoes动态失速模型的基础上,通过相应的Matlab编程,仿真计算出了翼型S809在不同的缩减频率、不同的平均攻角下的动态失速特征。仿真结果表明,本文建立的动态失速模型与实验结果相吻合,验证了模型的有效性。  再次,在风力机翼型的静态和动态失速性能的基础上,提出了一种利用翼面前缘安装微气泡型致动器以改善翼型静态和动态失速性能的方法,然后对其进行流场模拟计算及动态失速模型计算。仿真结果表明,该方法可以很好的提高风力机的升力系数,延迟边界层的分离,改善风力机的静态失速性能,并进一步提高风力机的风能利用率。  最后,建立了安装了微气泡型致动器的风力机翼型的L-B动态失速模型,并将计算结果与未安装致动器的数据进行对比。仿真结果表明,安装了微致动器的翼型的气动载荷迟滞现象减缓,显著改善了风力机的动态失速性能。
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