CAS风力机叶片外侧翼型粗糙敏感性分析与优化

以最大升力系数下降率为评价指标,针对自主研发的风力机叶片外侧专用翼型CAS-W1-150/180/210进行粗糙敏感性核算和试验分析,并通过调整CAS-W1-210翼型前缘半径、尾缘厚度和上表面厚度以及采用S型后加载下表面尾形的方法,改善了翼型表面的压力分布,有效降低了此翼型的粗糙敏感性,优化得到了粗糙敏感性更低、气动性能更优的新翼型CAS-W2-210。

风力机翼型尾缘厚度对粗糙敏感性影响的研究

综合应用涡面元和RANS方法,研究DU93-W-210、DU91-W2-250及DU97-W-300这3种常用翼型经尾缘修型后尾缘厚度对粗糙敏感性的影响。在涡面元方法中采用设置固定转捩和在RANS方法中采用设置锯齿形边界条件的方式来模拟翼型前缘污染,研究发现前缘污染造成翼型吸力峰降低,引起翼型气动性能下降,然而随着尾缘厚度的适量增加,翼型最大升阻比及设计升力系数即气动性能的下降率呈减小趋势,表明适当增加尾缘厚度可有效降低风力机叶片粗糙敏感性。

风力机叶片21%相对厚度翼型粗糙敏感性研究

基于变速变桨水平轴风力机,依据动量叶素理论和风力机实例,分析得出了叶片外侧翼型(包括21%相对厚度翼型)在低于额定风速变速运行阶段的粗糙敏感性评价指标为升力系数和升阻比的下降率;提出了根据升、阻力系数对输出功率的作用大小来确定两粗糙敏感性评价指标权重系数的方法,并用实例演示了21%相对厚度翼型粗糙敏感性评判基准的获得;另外,通过正交设计、XFOIL软件几何造型与气动计算和方差分析得出了翼型各几何参数在不同雷诺数下对粗糙敏感性不同评价指标的影响程度和最优组合是不一样的。本文结论可为不同风况下风力机翼型的设计和粗糙敏感性评价提供参考。

风力机翼型气动参数影响分析及叶片粗糙敏感性评价指标探讨

水平轴风力机叶片表面特别是前缘粗糙度增大会导致叶片气动性能的下降和风力机输出功率的减少,因此粗糙敏感性是叶片设计必须考虑的一个重要因素.但是如何评价叶片粗糙敏感性,目前尚无统一的标准.本文从理论和实际出发,分析了翼型气动参数对叶片气动性能的影响,得出了翼型升力系数是风力机输出功率和轴向推力的主要影响参数,并提出了变桨型水平轴风力机叶片各区段翼型的粗糙敏感性评价指标,即是在定桨调速区,无反馈运行情况下,叶片外侧翼型应以升阻比和升力系数,叶展中区和叶片内侧翼型应以升力系数作为粗糙敏感性评价指标;有反馈运行的情况下,叶片外侧翼型就应以最大升阻比和设计升力系数,叶展中区和叶片内侧翼型以最大升力系数作为评价指标;而在变桨定速区,当变桨可以保证达到额定功率时就无需考虑粗糙度的影响.

通用风力机翼型型线的表面粗糙度敏感性研究

以风力机翼型为对象,应用边界层理论建立翼型前缘的气流分离模型,探讨气流分离前后翼型表面压力场和速度场的变化规律。相对于传统的翼型反设计理论,提出一种新的集成的、直接的通用翼型型线设计理论。基于泛函分析方法以及翼型保角转换理论,通过选取任意一组特征参数,建立通用风力机翼型型线的集成数学模型并提出其表面粗糙度敏感性的研究方法。研究了通用风力机翼型型线前缘不同分离点以及雷诺数对其气动性能参数的影响,得到不同表面粗糙度下通用型线气动特性的变化规律。研究结果对高性能低粗糙度敏感性的风力机翼型系列设计提供了理论基础,拓宽了风力机翼型的设计思路和方法。

大型风力机叶片表面粗糙度效应数值研究

采用CFD方法,通过在风力机二维翼型和三维叶片表面设置等效颗粒粗糙度,对某1.5MW水平轴风力机积灰和昆虫引起的粗糙度效应进行详细的数值研究;计算结果表明:翼型表面尤其是前缘的粗糙度严重影响翼型气动性能,翼型气动性能对翼型表面光洁到粗糙的变化敏感,翼型前缘的粗糙度敏感性随着攻角增大而增加,压力面尾缘局部粗糙度会在一定程度上提高翼型气动性能;对于三维叶片,表面粗糙度尤其是叶尖部位将严重破坏叶片气动性能,叶片整体粗糙度效应不是各段局部粗糙效应简单的线性叠加,而是其综合影响的结果。该文研究可以对风力机叶片表面粗糙度效应机制和气动性能优化提供理论依据。

几何特性对风力机翼型粗糙度敏感性的影响

基于正交试验的方法,采用XFOIL软件研究最大相对厚度、最大相对弯度以及尾缘厚度对翼型前缘粗糙度敏感性的影响,推导评价翼型粗糙度敏感性的指标,并讨论翼型表面不同区域加密面元节点对XFOIL软件计算结果的影响。研究表明,在翼型上表面正压力梯度区域加密面元节点会对XFOIL软件的计算结果产生明显的影响,而在其它区域增加面元节点个数会增加计算的收敛速度,但对计算结果没有明显的影响。通过极差和方差分析发现,翼型前缘粗糙会导致翼型多方面的气动性能参数变坏,翼型的最大相对厚度会对所有的敏感性指标产生显著性影响,而最大相对弯度和尾缘厚度仅对其中一些指标产生明显的影响,且增大翼型的尾缘厚度有利于降低由于前缘粗糙引起的升力系数和升阻比的下降。

改进的粒子群算法在翼型优化设计中的应用

建立了多目标风力机翼型型线优化模型,并采用改进的粒子群优化算法对多目标风力机翼型型线进行优化,设计出4种不同厚度的性能较好的风力机翼型。对CQU A18和CQUA21两种新翼型的气动特性与相同厚度典型的风力机翼型进行对比分析,结果表明,该翼型具有良好的气动特性,对翼型的前缘粗糙度不敏感,在主要攻角范围内,光滑和粗糙条件下,新翼型的升力系数和升阻比都要高,其气动特性具有显著的提高。