后缘开缝对S809翼型气动特性的影响

我国风电产业蓬勃发展,离不开国家政策的扶持,若要想可持续发展,依靠市场机制在激烈的竞争中站稳脚步,必须发挥自身的价格优势,这才是由替代能源发展为主流能源的关键,因此降低风电度电成本、提高风力发电效率将至关重要,而发电效率与翼型的气动性能密切相关,优化提高风力机专用翼型的气动性能,是增加风力机风能利用率,提高风力发电效率的关键技术之一。对于优化风力机翼型气动性能的问题,以风力机专用翼型S809翼型为研究对象,采用在翼型后缘开缝的措施,通过数值模拟的方法,研究了雷诺数为50万时翼型开缝后气动性能的变化。结果表明:在5°~10°小攻角范围内,开缝翼型相对于光滑翼型阻力系数大幅上升;0°~13°小攻角条件下,后缘开缝措施会造成翼型的升力系数减小;在14°~20°来流攻角下,后缘开缝措施可以有效提升翼型的升力系数,阻力系数几乎不变,升阻比最大可提升11.4%。通过分析翼型在8°和18°攻角下的流线图和流场云图,在大攻角来流情况下,后缘开缝延迟了流动分离点的位置,抑制了流动分离区域,改善了翼型气动性能。

转捩对S809翼型气动特性影响的数值模拟

以S809翼型为例分析了转捩对水平轴风力机翼型气动特性的影响。首先采用多种湍流模型对S809翼型开展了全湍流数值模拟,观察了忽略转捩条件下的翼型升阻力特性,然后开展了考虑转捩的数值模拟,分析了转捩对翼型升阻力特性和尾缘分离的影响。结果表明,在附着流动状态下,数值模拟中忽略转捩会导致翼型升力系数被低估约10%,阻力系数则被成倍高估;转捩对翼型尾缘分离也有一定影响,转捩点越靠近前缘,尾缘附近附面层速度型的饱满程度降低,抵抗逆压梯度的能力减弱,尾缘分离越容易发生。

基于磨损模型的S809翼型气动性能及流场特性研究

为研究磨损程度对翼型绕流流场及气动性能的影响,通过CFD方法数值求解二维不可压缩雷诺平均(RANS)方程来研究风力机专用翼型S809在不同磨损深度和磨损厚度情况下的流场结构和气动性能。结果表明:前缘磨损会改变翼型设计气动外型,导致翼型的升力系数减小、阻力系数增大;当磨损厚度一定时,增加磨损深度会导致前缘分离泡和后缘流动分离的产生,但磨损深度达到一定程度后流场变化不大;当磨损深度为翼型弦长的0.5%时,磨损厚度对翼型的气动性能影响较小;当磨损深度大于翼型弦长的1.0%时,磨损厚度的影响较明显;当磨损厚度为翼型最大厚度的12%、18%及25%时,磨损深度分别超过翼型弦长的1.0%、2.0%和3.0%后翼型的气动系数变化较小,其所对应的压力系数分布曲线也基本重合。

翼尖涡作用下S809风力机翼型低雷诺数气动特性研究

通过风洞实验测量光滑与粗糙S809翼段翼尖部位尾流横截面的速度场和翼型表面压力分布获得翼尖涡涡量、涡心位置及翼型压差升阻力系数。经分析比较,得出该翼型翼尖涡涡量和涡心位置随雷诺数和攻角的变化趋势以及翼尖涡对压差升阻力系数影响的规律。

广东汉族人群 D7S809的基因频率及其在亲子鉴定中的应用

利用 PCR和聚丙烯酰胺凝胶电泳分型技术，调查了以四核苷酸为重复单位的位点 D7S809在广东人群的群体资料。在 190个被调查的个体中，共发现 14个等位基因和 50种基因型。经计算杂合率、个人识别率和非父排除率分别为 0.8613、 0.9645和 0.7184，基因型分布符合 Hardy－ Weinberg平衡。 D7S809位点已成功地应用于 100例亲权鉴定案中。 D7S809是一个高度多态性、稳定、易于分型的位点，在法医学上极有应用价值。

S809风力发电机叶片翼型雾凇覆冰程度及气动性能模拟

模拟S809风力发电机叶片翼型冬季结冰现象,将笛卡尔坐标系下的覆冰外形转换至极坐标,并拟合此范围内的覆冰增长公式.模拟及公式拟合结果表明:在一定温度范围内,拟合公式可以有效预测覆冰增长量,对比冰厚比表达方式,此方法可以更准确表征覆冰程度;气动特性对比结果显示在一定攻角范围内叶片结冰将导致叶片气动性能提升.

前缘附近微小板对S809翼型气动性能的影响

翼型在较大攻角下会发生失速,产生流动分离,这将直接影响翼型气动性能。对此,采取在雷诺数Re=1×106的条件下,在S809翼型前缘点附近不同位置处设置微小板,改变微小板的板长、振动振幅和频率,探究其对S809翼型气动性能的影响。结果表明:静止时,微小板的板长尺寸对控制效果影响显著,当位置和尺寸选取最优时,S809翼型在22°攻角下升阻比提升2倍左右;对抑制流动分离效果不佳的尺寸较小的静止板施加以合适振幅和频率的振动后,可以有效地抑制翼型的流动分离,得到增加升力、减小阻力的效果。

S809翼型环量控制的射流参数研究

采用计算流体力学方法,研究在不同位置开射流口的环量控制方法对S809翼型气动性能的影响,研究发现,当Re=1×10~6,射流口高度h=0.2%c(c为翼型弦长)时,不同攻角下,射流口位于75%c处,控制效果优于70%c、80%c、90%c处,其中在18°攻角下,升阻比相比原始S809翼型最大可提高51%;在此基础上研究了射流口位于75%c时,不同射流高度对S809翼型气动性能的影响,发现射流口高度为0.1%c时,控制效果较好,且耗能最小。

基于FLUENT的风力机叶片翼型NREL S809覆冰的数值模拟

对经典风力机叶片翼型NREL S809的覆冰过程和翼型覆冰前后的气动性能进行了研究。利用FLUENT软件自带的离散相模型DPM及用户自定义函数UDF,求解出翼型表面的水滴运动轨迹方程、水滴的撞击极限和局部收集系数;选用经典的Messinger积冰传热模型计算积冰厚度,得到积冰形状;并分析在不同的攻角下,洁净翼型与覆冰翼型的气动性能。研究指出,覆冰导致翼型的气动性能发生畸变,升力系数下降,阻力系数上升,升阻比减小,升阻比最大降幅达到85.97%;覆冰后的翼型会提前进入失速区,破坏了翼型原有的流线,会造成翼型空气动力特性恶化。

前缘缝翼对翼型S809气动特性的影响

控制风力机翼型的流动分离,可以提升翼型的气动特性。本文采用数值模拟方法研究了前缘缝翼对风力机专用翼型S809气动特性的影响。分析了加装前缘缝翼对翼型S809升、阻力系数和压力系数的影响,并揭示了对翼型S809边界层控制的机理。研究结果表明,前缘缝翼可以有效地提升翼型的气动特性,增大升力系数,推迟翼型边界层的流动分离。

S809风力机专用翼型低雷诺数气动特性实验研究

采用表面压力测量系统,在小型回流式低速风洞中开展了S809风力机专用翼型的低雷诺数(Re【5×10~5)气动特性实验研究,获得了自由和固定转捩条件下不同雷诺数的压差升、阻力和表面压力分布特性。将为小型风力机叶片设计及相关研究提供数据支撑,并填补了该翼型低雷诺数气动特性数据的空白。

前缘静止及振动微小圆柱对S809翼型气动性能的影响

Re=1×10~6的条件下,在S809翼型前缘设置微小圆柱,分别研究了静止及振动的微小圆柱对S809翼型气动性能的影响。数值模拟的结果表明:S809翼型前缘适当位置设置静止及一定振动方式的微小圆柱均能明显降低阻力系数、减小或抑制流动分离区的大小、改善流场状况;在翼型前缘点吸力面正上方6%弦长处,设置直径为2%弦长的静止圆柱可以完全抑制翼型的流动分离;当圆柱直径变小时,静止微小圆柱控制流动分离的效果变差,但此时给圆柱一定规律的振动后,又可以达到较好的流动分离控制效果。

S809翼型水滴撞击特性研究

针对风力机叶片结冰问题,采用FLUENT离散相模型和粒子统计法计算了S809翼型的水滴撞击特性。结果表明:水滴主要撞击在翼型前缘,翼型其它位置没有水滴撞击。随着攻角增大,翼型上表面撞击极限逐渐减小,翼型下表面撞击极限逐渐增大,水滴撞击范围往翼型下表面移动。局部水滴收集系数随着风速和水滴直径的增大而增大。

离体射流对S809翼型气动性能的影响

在Re=5×10^(6)的条件下,分别在S809翼型前缘点附近不同位置处设置离体射流装置,改变射流动量的大小和射流口宽度,探究其对S809翼型气动性能的影响。并通过流场分析,研究这种流动控制手段有效的物理机理。结果表明:在射流装置位置和射流口宽度固定时,射流动量的大小对控制效果影响显著;在S809翼型表面附近设置微小离体射流装置后,即使关闭射流(射流动量为零时),也具有一定的流动分离控制效果;当射流动量逐渐增大时,射流能明显的减小流动分离泡的大小,降低阻力系数,同时可以有效提升升力系数,使得翼型的气动性能得到进一步显著提升。值得指出的是,射流口宽度与射流装置的位置对流动控制效果也具有一定的影响。

回流襟翼控制S809翼型动态失速的数值模拟研究

选取风力机常用S809翼型为研究对象,采用雷诺平均(RANS)方法对其动态绕流流场进行二维非定常模拟。为了控制翼型动态失速,考虑了一种在翼型吸力面放置回流襟翼的控制方法,对翼型动态失速时襟翼的控制效果进行了研究,并通过气动力系数迟滞环的分析和流场的显示,探讨了襟翼对翼型动态失速流场控制的内在机理。数值模拟结果表明:襟翼的位置对翼型动态失速流场的控制效果有明显的影响,在翼型吸力面60%弦长位置施加襟翼控制后,平均升力提高了7%,俯仰力矩峰值降低了20%。

水平轴风力机翼型动态失速特性的数值研究

动态失速对水平轴风力机的运行性能影响很大,大量的实验和分析显示,水平轴风力机在动态失速工况下其运行载荷将增长50～100%,而风力机翼型的动态失速特性是分析水平轴风力机动态失速特性的基础。本文应用CFD软件Fluent6 0对NRELS809翼型的二维动态流场进行了数值模拟,得到了翼型攻角在9°～31°范围内按正弦周期变化时的绕流流场。计算结果显示:动态失速下翼型的绕流流场与相同工况下的静态绕流流场有着十分明显的差别,同时也引起翼型升力、阻力系数的显著变化。

覆冰对风力机专用翼型气动性能影响的数值研究

利用商用CFD软件和S-A湍流模型,对风力机常用的NREL S809翼型在不同覆冰形态、覆冰厚度下的静态流场和动态流场进行了数值计算,得到了Re=1×106时各种覆冰情况下该翼型的气动性能,并研究了不同的覆冰形态对风力机翼型静态、动态失速特性的影响.结果表明:向吸力面生长的覆冰形态会造成覆冰层后的分离涡,随着攻角的增加分离涡向后缘生长,造成升力系数的较大下降,阻力系数增加;沿弦向生长的覆冰对尾缘分离涡的生成影响较小;在动态失速情况下,翼型周围流场比较复杂,覆冰形态对翼型升力系统的影响规律也较复杂;从静态流场特性分析,覆冰破坏了翼型的流线从而直接影响了翼型的气动性能;从动态流场特性分析,覆冰改变了翼型动态升力系数曲线的斜率从而影响到风力机的气动弹性稳定性.

俯仰风力机翼型动态失速数值模拟

利用带转捩修正的k-ωSST湍流模型,对绕其1/4弦长点作正弦波周期性振荡的S809翼型,在弦长雷诺数为106,不同的平均攻角、振荡幅度以及折合频率情况下的流场进行二维数值模拟。数值模拟得到的升力、阻力和俯仰力矩系数与OSU风洞试验的数据进行比较,对比显示两者的气动力迟滞闭环具有良好的一致性。利用流线分布对各工况下的动态流场特性以及动态失速涡的发展进行详细描述,证明CFD方法是预测风力机翼型动态失速特性的有效途径之一,分析了动态失速对于实际运行的风力机的影响,说明在风力机性能预估中考虑动态失速影响的必要性。

关于补充Langtry的转捩模型经验修正式的数值探讨

近年来,基于RANS环境下引入预测转捩过程的模型越来越受到各国学者的关注.Langtry于2006年提出了一种基于当地变量进行转捩判据的模型,但这个转捩模型有两个核心的经验关系式直到2009年才公开.该文在对转捩模型机理进行分析理解的同时,通过对低速平板表面摩擦因数模拟试验的校核,提出了一套基于来流湍流度修正的经验关系式.并针对高超声速转捩问题对转捩动量厚度开始修正式进行了改进,最后通过对低速、跨音速翼型和高Ma双楔平板的计算,证明这一套经验关系式的可靠性与实用性.

射流技术提升风力机翼型气动性能研究

以应用在水平轴风力机叶片上的层流翼型S809为研究对象,采用CFD数值模拟技术,结合ShearStress Transport(SST)湍流模型,数值计算了S809翼型的升阻力特性。在翼型设计中应用一种转捩延迟控制技术——射流技术,即在翼型上翼面添加射流口,并研究了射流口位置和射流速度对翼型S809气动特性的影响。结果表明:射流技术能够显著提高翼型升力,延缓翼型失速;在低攻角下,射流速度大于来流风速才能提升翼型升力;在失速前,翼型的升力系数和失速攻角随着射流速度的增大而增大,在原始翼型失速而带射流翼型未失速阶段,带射流翼型的阻力系数明显小于原始翼型;射流速度一定时,射流口位置适当靠前可增大翼型的失速攻角,射流口位置布置在翼型上翼面中后部能使翼型在失速前获得较大的升力系数。