對大氣邊界層內傳統(tǒng)葉片(NACA4418)及馬格努斯型Chiral葉片的性能研究.pdf

1、目前，大多數水平軸風力機是依據水平均勻來流的假設來設計的。然而，當大規(guī)模水平軸風力機置于幾百米高的大氣層時這樣的假設是不太合理的。由于地面粘度和地形粗糙度的存在，靠近地面的大氣邊界層處存在較大的風力梯度，該梯度作用于葉片上將產生葉片的轉矩和俯仰力矩的變化，從而導致輸出功率的減少。
　　本文提出了一種基于馬格努斯效應的風能葉片的新構型——Chiral葉片，目的是研究Chiral葉片在大氣邊界層內產生升力以及提高輸出功率的可能性。在整

2、個研究中，NACA4418將被選擇作為傳統(tǒng)葉片的參考模型，Chiral葉片將被簡化為自旋的圓筒。該研究將包括兩個獨立的部分：（1）量化由于在大氣邊界層內部使用傳統(tǒng)葉片而產生功率損失的比例，（2）估量當以Chiral葉片代替?zhèn)鹘y(tǒng)葉片的增益效率。首先，本文應用葉片微元動量理論（blade element momentum，BEM）建立葉片氣動性能計算模型，基于該模型編制Python語言程序設計出傳統(tǒng)葉片幾何模型，再利用EXCEL計算大氣邊界

3、層內傳統(tǒng)葉片的功率損失，然后通過假定每個傳統(tǒng)葉片葉素可工作在最佳升力狀態(tài)，我們設計出一種等效的優(yōu)化葉片（Chiral葉片）并與之前的傳統(tǒng)葉片進行比較。為了獲得更精確的結果，我們將使用計算流體力學（CFD）軟件FLUENT來模擬偽旋轉狀態(tài)，即在大氣邊界層內的葉片繞軸的轉動將通過簡單地改變入射相對風速的設置來模擬，以比較這兩種情況。
　　結果顯示，在BEM計算結果中，由于大氣邊界層的影響傳統(tǒng)葉片效率損失大概為10％，而在以Chiral