风力机翼型覆冰形态及其失速特性研究

为研究风力机翼型覆冰形态及其失速特性,采用覆冰软件FENSAP计算风力机翼型的雾凇、雨凇覆冰形态。使用Fluent流体仿真软件计算覆冰前后空气流场,翼型升力系数、阻力系数。研究结果表明,风力机翼型雾凇覆冰呈规则流线形,雨凇覆冰呈角状冰。覆冰后,翼型空气动力特性发生较大变化,其升力系数减小,阻力系数增大,失速攻角减小。雨凇加剧破坏翼型气动外形,对翼型升阻特性的影响最严重。

覆冰翼型气动性能和噪声特征的数值研究

利用Fluent软件预测了风力机翼型在覆冰状态下的气动性能和气动噪声,采用大涡模拟与基于Lighthill声类比的FW-H模型相结合的方法模拟了不同覆冰状态下的声压级频谱和功率谱密度分布特征,分析了攻角和来流风速对声压级频谱和功率谱密度分布特征的影响。结果表明:覆冰使翼型的气动性能下降,升力减小,气流与壁面提前分离并进入失速区;明冰对翼型气动性能的影响最显著,霜冰次之;翼型覆冰后气动噪声明显增大,尤其覆明冰时翼型的气动噪声更突出;翼型覆冰前后气动噪声均随攻角增大而提高,未达到和超过失速攻角时气动噪声分别呈低频离散特性和宽频特性;来流风速对气动噪声的影响体现在总声压级上,各监测点的总声压级均随来流风速的增大而增强。

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。