水平軸風(fēng)力機(jī)葉片附近區(qū)域流場的數(shù)值研究.pdf

1、風(fēng)輪附近區(qū)域流場的速度分布和壓力分布一直是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。了解該區(qū)域流動(dòng)的分布規(guī)律對(duì)掌握水平軸風(fēng)力機(jī)功率的獲取和提高,有著極為重要的意義。本文利用CFD軟件Fluent,按照由淺入深、循序漸進(jìn)的方式對(duì)風(fēng)輪附近流場進(jìn)行了數(shù)值研究,以等值線圖、云圖、流動(dòng)矢量、流線、跡線、二維曲線圖等方式較為形象直觀地描述了流場運(yùn)動(dòng)規(guī)律。模擬過程中,將主要控制參數(shù)——升阻力系數(shù)以及部分流場視圖,分別與相關(guān)文獻(xiàn)和PIV實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)照,誤差在工程允許范圍內(nèi)

2、。文章主要分兩部分進(jìn)行。第一部分,奠定研究基礎(chǔ)。首先簡要介紹第二代100W水平軸風(fēng)力機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)基于葉素動(dòng)量理論,利用Matlab編程的方式完成。其次,對(duì)設(shè)計(jì)風(fēng)力機(jī)選用翼型NACA4415的繞流問題進(jìn)行了數(shù)值研究和湍流模型選用的對(duì)比研究。第二部分,主體研究部分。先分別研究了二維、三維單葉片準(zhǔn)動(dòng)態(tài)繞流時(shí)計(jì)算區(qū)域的流場特性,尤其是尾流區(qū)的流場分布情況。最后又進(jìn)一步探索性研究了三維旋轉(zhuǎn)流場的特性,分別給出了風(fēng)洞模型比和葉尖小翼對(duì)風(fēng)力機(jī)尾

3、流區(qū)的影響。數(shù)值模擬過程中,數(shù)學(xué)模型基于那維斯托克斯方程,采用基于壓力求解器和離散求解器,穩(wěn)態(tài)隱式方程解法,維數(shù)與湍流模型的選取由實(shí)際計(jì)算過程決定,壓力速度耦合采用SIMPLE(求解壓力耦合方程組的半隱式方法)算法,離散格式為二階迎風(fēng)格式;物理模型造型以及網(wǎng)格離散由前處理軟件Gambit完成。為了盡可能減少總體網(wǎng)格數(shù)以及改善網(wǎng)格質(zhì)量,采用了“自下而上”的方式,即“點(diǎn)-線-面-體”的步驟進(jìn)行網(wǎng)格劃分。論文研究證明:一方面,數(shù)值研究應(yīng)用于求