高性能风力涡轮叶片设计新技术研究

论文摘要

本文对大型风力机某型叶片翼型进行了研究并进行了重大修改。本文系统的介绍了风力机的基本理论以及翼型和风轮的几何参数、空气动力学特性等基本问题,并且也介绍了有关风力机叶片数值模拟的数学物理基础和方法。通过对风力机工作原理的分析,我们提出了利用增大叶片弯度和失速延迟效应的方法来提高风力机效率的新型技术,增大叶片弯度的主导思想是风力机叶片翼型的涡轮化,而失速延迟应用的主导思想是利用风力涡轮的三元旋转效应。本文通过FLUENT软件分别对原型叶片、大弯度叶片和失速延迟叶片进行三维数值模拟计算。计算结果表明,叶片形状对风力机性能有重要影响:在进行计算的五个攻角来看,两种技术都可以明显提高风力机的性能。总体而言,增大叶片弯度和失速延迟这两种技术都可以增加风力机的输出功率,是具有很好前景的新型技术,对于风力机的研究和设计具有重要的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 风能利用国内外发展状况
• 1.3 水平轴风力机的研究现状
• 1.3.1 风电技术的限制
• 1.3.2 水平轴风力机工作原理
• 1.4 本实验的研究内容和意义
• 第2章 风力机的基本理论及结构
• 2.1 风力机的结构型式及分类
• 2.2 叶片翼型的几何定义
• 2.3 风力涡轮机的基本工作原理
• 2.3.1 Betz 理论
• 2.3.2 翼型特性分析
• 2.3.3 叶素理论分析叶片受力
• 第3章 叶片数值模拟的数学物理基础
• 3.1 流体流动的基本控制方程
• 3.1.1 连续性方程
• 3.1.2 动量方程
• 3.2 边界层与物体阻力
• 3.2.1 边界层及基本特征
• 3.2.2 物体阻力
• 第4章 风力机叶片流场的数值模拟
• 4.1 风力机叶片设计的构想
• 4.1.1 风力机叶片大弯度构想
• 4.1.2 风力机叶片失速延迟构想
• 4.1.3 风力机轮毂开孔的构想
• 4.2 数值计算中遇到的重要问题
• 4.2.1 CFD 软件—FLUENT 简介
• 4.2.2 求解器的比较和选择
• 4.2.3 湍流模型的比较
• 4.2.4 边界条件的比较
• 4.3 叶片数值模拟
• 4.3.1 构建模型及网格划分
• 4.3.2 边界条件的选择
• 4.3.3 求解器的选择
• 4.3.4 湍流模型的选择
• 第5章 结果及其分析
• 5.1 实验的结果及分析
• 5.1.1 大弯度理论
• 5.1.2 失速延迟理论
• 5.2 计算模型的方案
• 5.3 计算结果及分析
• 5.3.1 大弯度理论
• 5.3.2 失速延迟理论
• 5.3.3 空心轮毂理论
• 5.3.4 轮毂处流场分析
• 5.3.5 原型叶片和大弯度叶片的流场分析
• 5.3.6 原型叶片与失速延迟叶片安装角为0.25°的流场分析
• 5.4 结果误差分析
• 5.4.1 实验误差分析
• 5.4.2 数值计算误差分析
• 结论
• 附录Ⅰ 大弯度叶片的实验数据
• 附录Ⅱ 实验数据曲线
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文