水平轴风力机翼型外部流场的数值模拟与气动特性分析

论文摘要

水平轴风力机是当前应用最为广泛的风力发电装置,风力机翼型外部流场的流动特征研究和气动特性分析是水平轴风力机叶片设计最为关键的环节。本文利用计算流体力学软件FLUENT 6.3.2对在风力发电领域应用较为广泛的NACA2412、NACA4412、NACA4415和NACA4418系列翼型的外部流场进行数值模拟,采用Spalar-S.Allmaras湍流计算模型求解该类翼型外部流场在不同攻角下的压力、速度分布。对该类翼型气动特性随攻角变化的规律进行总结,并分析了风速、翼型厚度和弯度的变化对翼型气动特性的影响。在此基础上对原有翼型做出改进并进行数值模拟验证,结果表明,改进后翼型不仅能够获得较高的升阻比,还能在更大的角度范围内正常运行且对于大攻角运行条件具有更强的适应性。

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摘要

Abstract

1 绪论

1.1 国内外风力发电发展概述

1.2 水平轴风力机翼型研究现状

1.3 论文的现实意义

1.4 论文的研究内容

2 水平轴风力机基本理论

2.1 水平轴风力机的工作原理及分类

2.2 水平轴风力机设计理论

2.2.1 风电场主要参数及计算

2.2.2 能量转换理论

2.3 水平轴风力机翼型的基本理论

2.3.1 翼型的几何参数

2.3.2 翼型的受力分析

2.4 风力机空气动力学计算理论

2.5 尾流失速相关理论

2.6 NACA 系列翼型介绍

2.6.1 NACA 四、五位数字翼型

2.6.2 NACA 四、五位数字修改翼型

2.6.3 NACA 层流翼型

3 翼型外部流场的数值模拟方法

3.1 流动控制方程

3.2 湍流数值模拟方法

3.2.1 大涡模拟法（LES）

3.2.2 雷诺平均法（RANS）

3.3 湍流数学模型

3.3.1 零方程模型

3.3.2 一方程模型

3.3.3 两方程模型

3.3.4 S—A 湍流模型

3.4 控制方程的离散

3.5 控制方程的求解

3.5.1 耦合式解法

3.5.2 分离式解法

3.6 FLUENT 软件介绍

4 水平轴风力机翼型气动特性分析

4.1 模型的建立

4.2 网格与边界条件

4.3 攻角的变化对气动性能的影响

4.4 风速对翼型气动性的影响

4.5 翼型厚度对气动特性的影响

4.6 翼型弯度对气动特性的影响

4.7 翼型的改进分析

结论

参考文献

作者简历

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