水平軸風(fēng)力機尾流場及其氣動性能的研究.pdf

1、風(fēng)能作為一種無污染的、清潔的可再生能源，已得到各個國家的廣泛關(guān)注。隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，對風(fēng)能的大力開發(fā)已經(jīng)成為解決能源危機、環(huán)境問題和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。近年來隨著海上風(fēng)電的蓬勃發(fā)展，風(fēng)力機大型化已經(jīng)成為發(fā)展的主流。葉片長度的增加使風(fēng)力機的尾跡流場更加復(fù)雜、氣動性能的預(yù)測難度加大。因此對大型風(fēng)力機的尾流場及其氣動性能的研究，為進一步了解風(fēng)力機組在運行時的狀態(tài)以及對新機組的設(shè)計研發(fā)有著重要意義。
　　本論文中主要針對某商用

2、的1.5MW標(biāo)準(zhǔn)等級的水平軸風(fēng)力機進行研究。按照該水平軸風(fēng)力機的參數(shù)進行三維建模和建立風(fēng)輪的計算模型，在三種不同風(fēng)速條件下對風(fēng)輪的尾流場和氣動性能的影響進行描述和比較，并在計算過程中對殘差值和扭矩值進行監(jiān)測。為了能夠更好的描述風(fēng)輪在旋轉(zhuǎn)時的氣動特性，分別選取吸力面和壓力面上的壓力場及速度場進行對比分析，并選取沿翼展方向三個不同截面周圍流場的壓力和速度做了分析。
　　以相似理論為基礎(chǔ)，將1.5MW水平軸風(fēng)力機的各個參數(shù)用風(fēng)力機氣動相

3、似準(zhǔn)則和相似函數(shù)關(guān)系式進行縮比，建立相應(yīng)的數(shù)值計算模型。保持雷諾數(shù)和葉尖速比不變，通過對葉片和尾跡流場中的壓力、速度等參數(shù)進行分析，驗證了氣動相似準(zhǔn)則和相似函數(shù)關(guān)系式在實際應(yīng)用中的正確性。最后用Fluent軟件將計算得到的流場中不同斷面處的速度值與實驗測量值進行比較分析，對模型的正確性和實驗的合理性進行評析。
　　結(jié)果表明:當(dāng)葉輪處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時，葉片上壓力面靠近前緣處具有高壓，而在吸力面上靠近前緣處存在低壓區(qū);隨著來流風(fēng)速的增大，

4、葉片上壓力面和吸力面在前緣處的壓力差越大;通過對比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)保持雷諾數(shù)和葉尖速不變時，在相同的來流風(fēng)速下兩個模型在葉片上的壓力和速度分布總體趨勢一致，差別不是很大;將計算結(jié)果與實驗值比較后能夠得出在風(fēng)輪下游3D處實測值與模擬值之間的擬合度較好，隨著風(fēng)輪后軸向距離的增大實測值和模擬值之間總體發(fā)展趨勢一致，差異比較明顯（主要是指各斷面上風(fēng)輪輪掃面積內(nèi)）。希望通過本文對水平軸風(fēng)力機的數(shù)值研究能夠為風(fēng)力機尾流場和氣動力學(xué)仿真的研究工作提供一定的基