風力機專用翼型表面微結構減阻特性的研究.pdf

1、風力機風能利用率與風力發(fā)電機組運行可靠性和風力機葉片翼型的氣動特性密切相關。研究翼型表面微結構的減阻增升特性對提高翼型氣動性能、增加風力機風能利用系數(shù)具有重要的意義，這種簡單有效的減阻技術將為風力發(fā)電的長遠發(fā)展作出巨大的貢獻。
　　本文以現(xiàn)有的風力機專用翼型DTU-LN221和Ris(o)-A1-21光滑翼型試驗為依托，基于ANSYS Fluent軟件，結合理論分析，通過選擇Transition SST模型進行光滑翼型的數(shù)值模擬，

2、進行網(wǎng)格無關性驗證和數(shù)值計算的可靠性驗證，為進一步開展表面微結構的研究奠定基礎。對比兩種翼型的幾何和氣動特性可知，DTU-LN221翼型具有更好的氣動特性，且從前緣附近幾何型線及表面壓力系數(shù)特性可知，該翼型對表面粗糙度的敏感性更低。
　　采用SST k-ω模型對混合網(wǎng)格劃分得到的表面微結構翼型模型進行數(shù)值研究。從微結構布置位置、尺寸和形狀3方面對DTU-LN221翼型進行研究，在翼型吸力面0.6c之前布置表面微結構可在大攻角下獲得

3、一定的增升效果;該翼型在設計攻角范圍內受表面微結構的影響較小，只在V型溝槽寬高值為0.13mm附近以及溝槽底角控制在56°附近很小范圍內大攻角下產(chǎn)生一定的減阻增升效果;具有間距的V型溝槽對翼型氣動性能的減阻增升效果比無間距的溝槽差。
　　從微結構位置、尺寸、所占長度、溝槽\小肋形狀、攻角和雷諾數(shù)六個方面對Ris(o)-A1-21翼型進行研究。結果表明，在吸力面有效范圍內靠后布置的V溝槽效果更好;在吸力面布置相同溝槽的同時，在壓力面

4、布置V溝槽效果更好。尺寸和數(shù)量相差較少時，對減阻效果影響較小;數(shù)量相差較大時，數(shù)量多的溝槽方案產(chǎn)生的減阻率、升阻比增率更優(yōu)，而增升率小于數(shù)量較少的方案。相同尺寸、數(shù)量的溝槽和小肋減阻增升效果相近。失速攻角之前，微結構減阻增升效果隨攻角的增加而增加，大多數(shù)方案產(chǎn)生的增升率隨著雷諾數(shù)的增加而減小，減阻率和升阻比增率隨著雷諾數(shù)的增加而增加。對于該翼型，計算得到的最大減阻率為16.224％，最大增升率為14.796％。
　　從升阻力值的粘

5、性分量和壓差分量、表面壓力系數(shù)、速度分布、壁面剪切應力、湍動能和湍流耗散率6個方面對兩種翼型有效表面微結構的減阻機理進行研究。結果表明，升阻力系數(shù)中壓差分量的變化率對總系數(shù)值的增加或減小起到重要的決定性作用，而粘性分量的變化率對總系數(shù)的變化率影響很小。表面微結構減小了吸力面表面壓力系數(shù)、增加了壓力面表面壓力系數(shù)，即使得表面壓力系數(shù)積分面積增加，從而升力系數(shù)增加。溝槽能有效地留住進入的空氣，使其形成“微型空氣軸承”，使得表面邊界層被抬高，