柔性葉片葉輪流體動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、近年來(lái)，能源消耗總量增長(zhǎng)過快促使風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外風(fēng)電年裝機(jī)容量呈大幅增長(zhǎng)趨勢(shì)。與此同時(shí)，由于風(fēng)電受多種因素影響，限制了電力系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電的消納能力，棄風(fēng)限電現(xiàn)象成為比較突出的問題。因此，發(fā)展分散式小型風(fēng)能利用系統(tǒng)，不僅可以解決風(fēng)電難消納問題，而且可以通過建立單獨(dú)供電系統(tǒng)，解決由于地區(qū)偏遠(yuǎn)、建電網(wǎng)困難等因素造成的區(qū)域性無(wú)電問題。
　　本文基于仿生學(xué)，提出一種葉片由柔性材料制成的新型風(fēng)力機(jī)，可根據(jù)來(lái)流風(fēng)速的大小和方向自動(dòng)調(diào)整葉

2、片彎曲程度，進(jìn)而改善葉片表面流場(chǎng)，提高風(fēng)能利用率，該風(fēng)力機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)風(fēng)速低，移動(dòng)性、靈活性較強(qiáng)等特點(diǎn)。論文利用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算相結(jié)合的方法，對(duì)比柔性葉片曲率和迎角對(duì)葉片流場(chǎng)的影響規(guī)律，從葉片附面層流動(dòng)分離對(duì)葉片氣動(dòng)特性影響的角度，剖析了曲率和迎角影響葉片氣動(dòng)特性的根本原因。
　　首先，對(duì)柔性葉片升力特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬。為便于實(shí)驗(yàn)測(cè)試，基于葉柵理論，將柔性葉片鏈輪簡(jiǎn)化為直列葉柵。建立葉片表面壓力測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用

3、多點(diǎn)同步測(cè)壓技術(shù)，測(cè)試了5種曲率葉片在6種迎角時(shí)的葉片表面壓力，并轉(zhuǎn)化成無(wú)量綱量升力系數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，確定了最佳曲率在0.013和0.026范圍之間，最佳迎角在15°和25°之間；建立柔性葉片數(shù)值模擬計(jì)算模型，選取了最佳曲率和最佳迎角范圍內(nèi)的42種工況進(jìn)行模擬，最終確定了葉片最佳曲率K為0.019，葉片最佳迎角為20°，并揭示了葉片曲率和迎角對(duì)升力系數(shù)的影響規(guī)律。
　　其次，對(duì)柔性葉片附面層流場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬。建立了流場(chǎng)

4、測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用粒子圖像測(cè)試（PIV）技術(shù)，測(cè)試了3種曲率葉片在2種迎角時(shí)葉片表面的流場(chǎng)分布，并對(duì)比了葉片升力特性數(shù)值模擬中42種工況下的流場(chǎng)分布情況。結(jié)果表明：彎曲的葉片在迎角為20°時(shí)，吸力面附面層能夠保持附著流動(dòng)狀態(tài)，迎角增大到30°時(shí)，吸力面附面層出現(xiàn)較大的逆壓梯度，靠近后緣的位置發(fā)生分離現(xiàn)象并產(chǎn)生旋渦，降低了葉片的升阻比；葉片適當(dāng)彎曲可以改善附面層流體流動(dòng)狀態(tài)，但是曲率超出某值時(shí)，會(huì)使吸力面上的逆壓梯度陡增，導(dǎo)致附面層發(fā)生較