风力机翼型气动力的雷诺数修正及其影响分析

目前,大型风力机翼型的运行雷诺数已经达到107量级,但高雷诺数下的气动数据普遍欠缺,也缺乏雷诺数效应对叶片的影响评估。文章结合翼型现有测试数据和Xfoil计算结果,以NACA63-421翼型为例,根据较低雷诺数下的气动力数据对较高雷诺数下的气动力数据进行了修正。分析了雷诺数对翼型升阻力特性、升阻比、前缘粗糙敏感性、转捩位置等气动特性的影响。根据翼型雷诺数修正方法对7.0 MW风力机叶片翼型气动力进行修正,依据不同雷诺数下修正的气动力数据对叶片进行了气动计算,发现不同雷诺数下叶片的最优运行点会发生改变,影响气动效率和载荷。因此,设计过程中需要充分考虑雷诺数对风力机叶片气动特性的影响。

极端阵风条件下大型风力机叶片极限载荷研究

基于修正叶素动量理论,考虑经验修正、动态失速、动态入流等因素,结合叶片气动弹性响应问题,对大型风力机叶片在极端阵风条件下的极限载荷进行研究。以某MW级水平轴风力机叶片为例,研究动态失速、阵风上升时间、变桨速率等因素对叶片极限载荷的影响。结果表明,随着叶片大型化的发展,极端阵风条件下的极限载荷问题对风电机组的整机性能有较大影响。

钝尾缘叶片三维建模方法的研究

钝尾缘风力机翼型目前被多数用于大型风力机叶片叶根与最大弦长处,这是因为气动上,钝尾缘翼型能够提高升力系数斜率、降低翼型不敏感性;而结构上,钝尾缘翼型与相同厚度翼型相比增加了截面面积和转动惯量[1],论文依据钝尾缘特点,提出设计钝尾缘翼型方案,并以58米长度叶片为例,设计钝尾缘翼型形状,以及此区域主模型的分模方式,完成三维模型建立,为后续有限元建模及模具加工制造提供基础。

风力机翼型在复合运动下的动态失速数值分析

现代大型风力机在工作时叶片经历大变形与振动,将会对其周围的动态流场产生影响,从而导致气动力的改变。因此有必要深入研究风力机翼型在复合运动情况下的动态失速气动特性,以正确预测大型风力机运行时的载荷。该文应用计算流体力学方法,对S809翼型在不同运动形式下的动态失速特性进行了二维数值分析。首先对翼型在作俯仰运动下的轻失速和深失速情况分别结合S-A、SST k-?和RSM三种湍流模型进行了动态失速数值模拟,结果表明S-A、SST k-?和RSM三种湍流模型都能有效地计算出翼型的气动力。然后采用SST k-?模型仿真了翼型在挥舞运动、俯仰摆振耦合运动下的动态失速气动特性,并与相同工况条件下翼型作俯仰运动时的气动特性进行了对比分析。发现翼型在挥舞运动下的动态失速虽然弱于俯仰运动,但其强度不容忽视;而翼型在作俯仰与摆振耦合运动时比单纯作俯仰运动时的失速程度更深。因此在风力机设计阶段为获得保守的气动载荷预测,有必要将叶片截面在挥舞与摆振方向的运动转换成等效攻角,叠加在主攻角上进行动态失速气动力计算。

风力机翼型动态失速气动特性仿真

基于Beddoes-Leishman(B-L)半经验动态失速模型,从附着流、分离流和动态涡三个方面阐述了风力机翼型在动态失速情况下非定常气动力系数的计算方法。在此基础上根据风力机翼型工作时的实际特点对原B-L模型中分离流和动态涡气动力系数的计算进行了改进,并将模型扩充到适用于全范围攻角的动态失速计算。利用所编制的程序仿真了风力机翼型S809和NACA4415动态失速下的升力、阻力和力矩系数。计算结果与实验数据吻合良好。改进模型与原B-L模型计算结果的对比表明,改进后的模型提高了对非定常气动力系数计算的精确性和适用区间,能更好地预测动态失速气动力的变化。