风力发电机气动性能数值分析

论文摘要

准确了解风力发电机的气动性能对指导风力机设计具有重要意义。本文采用专业流场数值模拟软件NUMECA对风力发电机进行翼型、叶片和整机的气动性能数值模拟分析和研究。建立了三种不同厚度二维翼型的计算模型,运用NUMECA软件对该三种不同相对厚度的翼型进行气动数值模拟,通过对升力系数、阻力系数、升阻比、翼型气动压力、流线绕流图以及压力系数分布等分析,研究了三种不同厚度翼型的气动性能。建立风力机单叶片三维建模,采用NUMECA软件对风力机叶片进行数值模拟,通过对风力机叶片吸力面表面极限流线、三维叶片截面与二维翼型在相同条件下绕流情况、不同条件下压力系数分布、叶展方向上的功率分布情况以及改变桨叶安装角对功率输出影响的讨论,总结风力机叶片的气动性能。建立风力机整机三维模型,并进一步对风力机整机进行三维定常数值模拟研究,分析叶展方向载荷分布;相同风速下,叶片不同截面压力系数分布;叶展方向功率分布;风轮三维流场细节;以及下游不同距离处静压分布和二维流动矢量分布情况。通过课题的研究,深化了对风力发电机组二维翼型、三维叶片及其整机的气动性能的了解;验证风力机气动性能数值模拟的可行性和可靠性;了解风力机运行性能和尾流情况;仿真风力发电机组气动流场。课题结论可为风力发电机设计和研发工作提供技术参数和指导意见。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 风力发电的研究现状
• 1.3 风力发电机气动性能研究现状
• 1.3.1 对风力机翼型研究现状
• 1.3.2 对风力机叶片三维效应研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 基本理论
• 2.1 风力机基本概念
• 2.1.1 风的形成
• 2.1.2 风剪切
• 2.1.3 翼型的几何参数
• 2.1.4 作用在翼型上的气动力
• 2.1.5 风力机叶轮的特性系数
• 2.2 计算流体力学基本理论
• 2.2.1 NUMECA 软件的简介
• 2.2.2 控制方程
• 2.2.3 湍流模型
• 2.2.4 收敛加速技术
• 第3章 截面翼型气动性能研究
• 3.1 几何建模介绍
• 3.1.1 常用翼型几何数据
• 3.1.2 翼型二维建模
• 3.2 数值方法
• 3.2.1 三种翼型计算域网格划分
• 3.2.2 边界条件
• 3.3 计算结果及分析
• 3.3.1 升阻力系数曲线
• 3.3.2 翼型气动压力流线绕流图
• 3.3.3 压力系数分布
• 3.4 小结
• 第4章 风力机叶片气动性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 风力发电机叶片三维建模
• 4.2.1 坐标几何变换
• 4.2.2 基于Unigraphics NX 的叶片建模
• 4.3 研究模型及数值方法
• 4.3.1 研究模型
• 4.3.2 计算域和计算网格
• 4.3.3 数值方法及边界条件
• 4.4 计算结果及分析
• 4.4.1 计算结果确认
• 4.4.2 叶片的三维绕流特性
• 4.4.3 截面流线分布
• 4.4.4 压力系数分布
• 4.4.5 功率
• 4.5 小结
• 第5章 风力机整机气动性能分析
• 5.1 研究模型及数值方法
• 5.1.1 整机的几何建模
• 5.1.2 整机计算域的网格划分
• 5.1.3 数值方法及边界条件
• 5.2 计算结果及分析
• 5.2.1 计算结果确认
• 5.2.2 载荷分布
• 5.2.3 某工况下不同截面压力系数及叶展方向功率分布
• 5.2.4 三维流场显示
• 5.2.5 不同z 界面上流场分析
• 5.3 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 详细摘要