基于任意回转流面造型方法的离心压缩机全三维叶片设计

本文提出一套适用于任意旋转叶轮机械叶片的全三维造型方法。该方法在任意子午流线回转流面上进行任意中弧线设计,叠加厚度分布后得到初步叶型型面;然后通过绕流方法计算出叶片型面吸力面和压力面的表面速度分布,得到各回转面上的较优叶型型面;之后通过引入微分几何中的康斯曲面模型对叶片任意三维曲面进行数学解析描述,并对叶型型面进行全曲率检查和曲面光顺,保证型面光滑,并进行CFD性能模拟。

不同材质风力机叶片绕流流场特征变化PIV实验研究

考虑风力机叶片变形对绕流流场的影响,通过粒子图像测速(PIV)方法,采集两副翼型相同、材质分别玻璃聚酯(叶片Ⅰ)和玻璃聚醋内部填充泡沫(叶片Ⅱ)的水平轴风力机叶片绕流流场信息,对不同测试截面处流场数据进行分析。研究结果表明:相比于叶片Ⅰ,相同工况下,叶片Ⅱ的总体涡量、回流区的面积和时均速度更大,轴向雷诺应力更小;随着相对轴向距离的增加,时均速度在相对高度方向波动减小,材质对轴向雷诺应力影响逐渐减弱。实验工况下,叶片材质对绕流流场特征的影响大于叶尖速比对其的影响,并沿径向方向有增大的趋势。

风力机叶片动态绕流结构的PIV实验研究

采用轴编码器锁相周期采样技术,在风洞开口实验段对旋转风力机叶片动态绕流结构进行了PIV实验,通过Insight 3G平均背景消噪和相关分析获得速度矢量信息,应用Tecplot处理得到相应的流线和速度云图。初步揭示了叶片动态绕流的特征变化及其绕流结构随风轮转速的变化规律,并探索了流动特征与风轮功率系数的对应关系。由于附着涡的诱导效应,翼型下游存在速度亏损区。随着转速的增加,附着涡影响区域增大,翼型下游速度亏损区域增大,亏损幅度也增大。在绕流结构中,切向速度分量占主导地位,轴向速度分量较小。叶片动态绕流特征的研究为分析风轮流场涡系的干涉及叶片动态失速等复杂流动问题提供了实验基础。

风力机翼型边界层分离流动三维特性的数值模拟

针对NRELS809翼型绕流流动分别建立了二维和三维可压缩湍流模型,并进行了相应的数值模拟计算。湍流黏度分别采用基于RANS的Spalart-Allmaras和k-ωSST两种湍流模型来处理。研究结果表明:基于RANS的三维Spalart-Allmaras湍流模型在大攻角下得到了更加细致的涡结构,且更能显示出边界层分离流动的三维特性,计算出的翼型气动性能与实验测试值更接近,因此,Spalart-Allmaras湍流模型比k-ωSST湍流模型在预测翼型失速后气动性能方面更加有效。数值计算结果同时揭示了分离流动的三维特性是影响翼型气动性能的重要因素,而二维模型并不适用于翼型气动性能的计算。

基于PIV技术分析材质对风力机叶片绕流流场特性的影响

为了研究材质对风力机叶片绕流流场的影响,文章利用PIV系统,选取两种不同材质叶片,对其在低速风洞中不同工况下的流场信息进行采集。通过分析不同测试截面近壁面的流场数据,发现与空心填充泡沫叶片相比,玻璃聚酯叶片的平均动能减小48.07%以上,轴向脉动速度增加32%以上;而随着叶尖速比的增大,玻璃聚酯叶片的平均动能减少33.82%以下,脉动速度减少30.04%以下。实验工况下,叶片材质对流场特性的影响大于叶尖速比的影响,尤其在叶尖位置。该结果可为风力机叶片设计及制造提供一定参考。

偏航工况下风力机叶片绕流流场特性的探究

为研究偏航工况下风力机叶片绕流的流场特性,采用粒子图像测速(PIV)技术,偏航30°时在不同风速和不同叶尖速比工况下,对水平轴风力机叶片吸力面的近壁面流场进行实验研究。结果表明:沿叶片展向,从相对半径0.71 r/R~1.07 r/R位置处,轴向平均速度和平均动能逐渐增大,最大增长率分别为22.7%和49.3%,尖速比对平均动能较轴向平均速度影响大;轴向脉动速度呈先减小后增大的趋势,在相对半径0.85 r/R附近降到最低。该文以实验测试的方法揭示了偏航工况下叶片绕流的流场特性,实验数据可为叶片制造和设计提供参考。

基于叶片变形偏航下风力机叶片绕流流场的研究

针对偏航工况下风力机叶片与流场之间的相互作用而产生的变形影响叶片绕流流场问题,基于叶片变形对不同偏航工况下水平轴风力机叶片绕流流场进行双向流固耦合数值计算,分析偏航工况对风力机叶片变形和表面应力的影响,在此基础上研究不同偏航工况对叶片绕流流场的影响。结果表明,不同叶片上的变形和应力呈现不均匀性,且随偏航角增大,不均匀性增大;随风速和叶尖速比增大,叶片最大变形量对应呈增大和减小的趋势;随偏航角增大,叶根最大应力集中区域逐渐减小,叶片后缘应力逐渐减小。沿叶片展向,从叶根到叶尖,轴向速度逐渐增加,叶尖增大的程度较叶根大,随偏航角增大,叶尖位置的轴向速度增大的程度降低;涡量逐渐减小,随偏航角增大,对叶尖涡量影响较中心涡量大;湍动能总体呈先减小后增大的趋势,且当偏航角为5°~25°时在相对半径0.6R(R为风轮半径)位置处为最小,偏航30°在0.7R处为最小。