風(fēng)力機(jī)偏航三維氣動(dòng)性能面元法預(yù)測(cè).pdf

1、面對(duì)日益突出的能源緊缺和環(huán)境污染問(wèn)題，世界各國(guó)開(kāi)始關(guān)注清潔可再生能源的發(fā)展。風(fēng)能作為清潔能源的一種，以良好的前景和開(kāi)發(fā)潛力成為大部分國(guó)家的首選。我國(guó)風(fēng)能資源豐富，大力發(fā)展風(fēng)能符合我國(guó)可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略的要求。風(fēng)能利用技術(shù)隨即受到重視。近年來(lái)，空氣動(dòng)力學(xué)理論越來(lái)越廣泛且深入的用于風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)，以提高風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)性能。
　　考慮到在實(shí)際風(fēng)場(chǎng)中，來(lái)流風(fēng)速方向不斷變化，導(dǎo)致水平軸風(fēng)力機(jī)在大多數(shù)情況下工作于偏航工況。偏航工況運(yùn)行使得風(fēng)力機(jī)氣

2、動(dòng)性能更加復(fù)雜，對(duì)風(fēng)力機(jī)偏航工況下氣動(dòng)特性的研究具有迫切和重要的意義。本文以面元法理論為基礎(chǔ)，MEXICO風(fēng)輪模型和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為支撐，采用Fortran語(yǔ)言編寫(xiě)計(jì)算程序，以較少的計(jì)算機(jī)資源實(shí)現(xiàn)快速預(yù)測(cè)MEXICO風(fēng)輪偏航工況下氣動(dòng)特性，并與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比分析，進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)精度。
　　面元法結(jié)合預(yù)定尾跡法能更快速地預(yù)測(cè)風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能。結(jié)合理論與實(shí)驗(yàn)等經(jīng)驗(yàn)，本文提出一種風(fēng)力機(jī)尾跡模型，并驗(yàn)證了尾跡的準(zhǔn)確性。同時(shí)，對(duì)比分析了等壓庫(kù)塔條件和M

3、orino庫(kù)塔條件的應(yīng)用結(jié)果，并最終選擇了更適合本文模型的Morino庫(kù)塔條件。
　　本文計(jì)算了不同來(lái)流風(fēng)速10m/s、15m/s、18.1m/s、24m/s時(shí)，在偏航角分別為15°、30°、45°下MEXICO風(fēng)輪的氣動(dòng)性能，對(duì)比了35％、60％、82％、92％剖面壓力系數(shù)的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值。對(duì)比同一偏航角不同來(lái)流風(fēng)速情況，結(jié)果表明面元法預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值吻合度較高。35％截面處誤差最大，因?yàn)槿~根處流動(dòng)攻角較大，葉片尾緣處流動(dòng)分離情

4、況較嚴(yán)重，而面元法不能很好的預(yù)測(cè)流動(dòng)分離情況。從葉根至葉尖，計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值誤差逐漸減小。將面元法計(jì)算結(jié)果與傳統(tǒng)CFD方法進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明，在低風(fēng)速時(shí)面元法計(jì)算的壓力系數(shù)在部分截面具有更高的吻合度。三種方法得到的軸向載荷隨方位角的變化具有一致變化趨勢(shì)，切向載荷除個(gè)別截面外，變化趨勢(shì)也基本保持一致。
　　對(duì)比風(fēng)速為15m/s，偏航角為15°、30°、45°時(shí)葉片各斷面的壓力系數(shù)分布情況。結(jié)果表明，各截面壓力系數(shù)分布情況基本與偏航1