基于CFD的水平轴风力机三维旋转效应研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:david_lau82
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三维旋转效应最早在螺旋桨上被发现,在风力机上也普遍存在,最近20年来被广泛深入研究。本文以S809翼型,Phase VI叶片及一种自设计叶片为研究对象,基于CFD方法对风力机二维翼型和三维旋转叶片进行了数值模拟。为研究水平轴风力机三维旋转效应,开展了以下几个方面的工作:使用带γ转捩的k-ωSST湍流模型求解RANS方程,完成了S809翼型与Phase VI叶片对风工况的数值模拟。数值模拟结果与实验吻合较好,验证了CFD求解的准确性。基于数值模拟结果,针对叶片周围三维旋转流动的气动特性和流场结构进行详细的分析,提出了叶片流动分离的判断准则,揭示了三维旋转效应的流场机理。利用非定常inverse BEM方法对实验偏航状态的数据进行后处理,建立了偏航工况下叶片剖面的非定常入流条件表达式。对S809翼型开展了动态入流数值模拟,重点分析了不同偏航角及不同剖面位置下三维旋转效应的作用,结果表明动态失速和三维旋转效应在风力机叶根附近都很显著,且相互之间存在耦合作用。基于S809翼型,自设计了一种无扭转直叶片,并基于CFD方法完成了新叶片的数值模拟。对比分析了Phase VI叶片与新叶片在30%剖面处的气动特性与流场结构,揭示了叶片扭角对三维旋转失速延迟的影响。针对Chaviaropoulos&Hansen模型中的扭角因素进行了研究,发现考虑扭角的三维旋转效应模型的预测结果更加接近实验值。因此提出在对三维旋转效应建模时,扭角的影响应当予以考虑。
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