水平轴风力机三维非定常气动特性计算研究

论文摘要

本文给出了一种水平轴风力机三维非定常气动特性计算方法。风力机的绕流用预定涡尾迹模型确定,并引入涡核模型和考虑粘性引起的耗散效应对模型进行修正,解决了涡尾迹方法在大叶尖速比时普遍存在的计算发散问题。通过对Leishman-Beddoes动态失速模型中动态失速判据和模拟的修正,更准确计算侧偏风时风轮叶片的非定常气动响应。将三维旋转失速延迟模型与预定涡尾迹模型和动态失速模型适当耦合,从而计算方法包括三维旋转效应对叶片气动载荷非定常响应的影响,提高了风力机风轮和叶片非定常气动特性计算的准确度。本文应用上述方法计算得到不同工况下,风力机的功率输出以及非定常气动载荷分布的二维和三维结果,并与实验结果比较,对计算方法和计算结果进行了详细的分析和讨论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 风能利用
• 1.1.2 国内外风力发电发展现状
• 1.1.3 风力机的发展
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 风力机气动特性计算研究现状
• 1.2.2 风力机非定常气动特性研究现状
• 1.2.3 实验研究现状
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 轴向匀直流下水平轴风力机气动特性
• 2.1 引言
• 2.2 预定涡尾迹模型
• 2.2.1 假设条件和坐标系
• 2.2.2 叶片模型
• 2.2.3 尾迹模型
• 2.2.4 尾迹几何形状预定
• 2.3 风力机气动性能计算
• 2.3.1 流场的离散化
• 2.3.2 诱导速度的影响系数
• 2.3.3 诱导速度
• 2.3.4 叶片载荷和风轮气动性能
• 2.4 模型的修正
• 2.4.1 涡核模型的引入
• 2.4.2 耗散效应的处理
• 2.5 计算结果和讨论
• 2.5.1 功率输出
• 2.5.2 叶片气动载荷
• 第三章 非定常预定涡尾迹方法
• 3.1 引言
• 3.2 侧偏流下预定涡尾迹方法
• 3.2.1 坐标轴和风速
• 3.2.2 尾迹描述
• 3.2.3 诱导速度
• 3.3 非定常气动和动态失速模型
• 3.3.1 引言
• 3.3.2 附着流模拟
• 3.3.3 后缘分离的模拟
• 3.3.4 动态失速开始判据
• 3.3.5 动态涡的模拟
• 3.3.6 非定常气动载荷
• 3.4 非定常气动模型与预定尾迹模型的耦合
• 3.5 计算结果和讨论
• 第四章 三维旋转效应
• 4.1 引言
• 4.2 失速延迟模型
• 4.2.1 三维边界层方程
• 4.2.2 分离因子模型
• 4.2.3 对二维气动参数的修正
• 4.3 三维旋转效应与非定常预定尾迹模型的耦合
• 4.3.1 法向力系数
• 4.3.2 弦向力系数
• 4.3.3 俯仰力矩系数
• 4.4 计算结果和讨论
• 4.4.1 功率输出
• 4.4.2 叶片气动载荷随风速变化比较
• 4.4.3 叶片气动载荷沿方位角变化比较
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间研究成果及发表的论文