尾缘厚度对风力机翼型气动性能的影响_李仁年VIP专享VIP免费

收稿日期:2011－06－27基金项目:“973”重点基础研究发展计划(2007CB714605)文章编号:1005－0329(2012)檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭殐殐殐殐04－0013－03设计计算尾缘厚度对风力机翼型气动性能的影响李仁年1，2，陈寅1，2(1．兰州理工大学，甘肃兰州730050;2．甘肃省风力机工程技术研究中心，甘肃兰州730050)摘要:利用CFD软件对DU00－W－212翼型进行数值计算，验证了SSTk－ω湍流模型在CFD数值计算中的合理性。通过Profili中的修型功能，分别增大翼型尾缘的上下翼面厚度。分析了在雷诺数Re=3×106情况下，尾缘厚度对气动特性的影响趋势及机理。关键词:风力机;翼型;尾缘厚度;CFD中图分类号:TK83文献标识码:Adoi:10．3969/j．issn．1005－0329．2012．04．004EffectofTrailingEdgeThicknessonAerodynamicPerformanceLIRen-nian1，2，CHENYin1，2(1．LanzhouUniversityofTechnology，Lanzhou730050，China;2．GansuProvinceWindTurbineEngineeringResearchCenter，Lanzhou730050，China)Abstract:ToprovingthattheSSTk－εistakedastheCFDnumericalmodeisofturbulencereasonably，usingCFDsoftwareforDU00－W－212airfoil．ThethicknessoftheupperandlowersurfaceoftrailingedgeisincreasedbyProfili．EffectoftrailingedgethicknessonaerodynamicperformanceandpneumaticanalysiscanbestudiedatRe=3×106．Keywords:wind-turbine;airfoil;trailingedgethickness;CFD1前言风能是目前最有开发利用前景和技术最成熟的一种新能源和可再生能源［1］。据推算，在10m高我国风能理论资源储量为3．226×1012W。实际可供开发的量按3．226×1012W的1/10估计，则可开发量为3．226×1011W［2］。风力机专用翼型作为风力机叶片的基础，已经成为了风力机研究领域的一个重要课题。这就迫切需要我们了解新型风力机翼型的气动特性和外形特点。通常的翼型往往有着尖尾缘，而在叶片的加工过程中是不可能达到理想的状态。实际的制造过程中常出现尾缘钝化的情况［3～10］。刘雄等提出适当增加翼型的后缘厚度会改变翼型的气动性能，升阻力都会增加，但是变化较小［11］。李银然等发现尾缘下翼面厚度存在一个临界值，超过临界值的厚度会使尾缘产生强烈振动［12］。本文采用DU系列的翼型族为研究对象，通过用Fluent软件进行模拟，得到在雷诺数Re=3×106时不同攻角下的气动特性曲线。分析尾缘厚度对翼型气动性能的影响。并通过尾缘上下翼面分别增厚的办法，对比尾缘的流场，分析翼型气动特性曲线变化机理。2研究对象和方法DU系列翼型是荷兰某大学研制的，它可以应用到6～60m长的风机叶片。该系列的翼型主312012年第40卷第4期流体机械要应用于叶片的内侧。将DU系列的翼型坐标数据导入Profili，利用Profili对DU00－W－212的尾缘进行加厚修型，形成新的翼型并导出坐标数据。分别增厚上下翼面的尾缘厚度。原翼型(A翼型)，增厚上翼面(B翼型)，增厚下翼面(C翼型)。上下翼面分别增厚0．01c，图1示出尾缘修改前后的对比。图1改型前后翼型的尾缘形状翼型的数值模拟参数由雷诺数确定:Re=ρvc/μ取1m长的翼型弦长，设定来流风速为44．6m/s;密度和流体动力粘性系数设定为1．225kg/m3和1．822×10－5kg/(mgs)。3数值计算方法3．1网格的划分应用Gambit软件建立结构性C型网格。本文主要研究翼型尾缘的厚度对气动性能的影响，而后缘的流动情况变化对数值模拟的影响很大，所以对后缘附近的网格进行局部加密。翼型计算网络如图2所示。图2翼型计算网格3．2湍流模型的选择边界条件设定翼型在Gambit软件中建模后，初步选择边界条件，其网格划分以msh网格文件格式导出，并输入Fluent软件中。采用SSTk－ω湍流模型，各方程均采用二阶迎风离散格式，进口设定为速度进口，压力和速度耦合采用SIMPLEC算法。边界采用压力远场的边界条件。首先对DU00－W－212进行数值模拟，升力系数的模拟结果和试验值相当吻合。阻力系数存在偏差，但是总体变化趋势和试验结果相似，不影响对翼型气动线性变化的判断，如图3所示。(a)升力系数(b)阻力系数图3翼型DU00－W－212的升阻力系数通过数值计算(CFD)与NREL风洞试验数据的对比可以得出:SSTk－ω湍流模型的二...