风沙环境下风力机翼型的气固两相流动特性研究

【摘要】风沙环境下风力机翼型气动特性研究较少,本文采用计算流体动力学(computationalfluiddynamics,CFD)方法,利用离散相模型对风沙环境下风力机翼型的气固两相流动进行了数值模拟；利用叶素理论对风力机风轮在风沙环境下的转矩特性进行了预估。本文的主要内容包括：采用离散相模型,结合κ-ε湍流模型求解雷诺时均纳维—斯托克斯(Reynolds-averagedNavier-Stokesequations,RANS)方程,研究了翼型的升、阻力系数和静压随沙尘质量浓度变化的规律。结果显示：在同一沙尘颗粒直径时,沙尘质量浓度对翼型的升、阻力系数影响较小,随着沙尘质量浓度的增大：NACA-0012翼型的升力系数先迅速增大,然后趋于稳定,当沙尘质量浓度大于1.02kg/m2后,升力系数再持续增大；阻力系数先略有减小,然后趋于稳定,当沙尘质量浓度大于1.02kg/m2后,阻力系数再持续增大；对于实验翼型在一定沙尘质量浓度范围内,升力系数略有增大,阻力系数略有减小。研究了翼型的升、阻力系数和静压随沙尘颗粒直径变化的规律。结果显示：在同一沙尘质量浓度时,随着沙尘颗粒直径的增大：NACA-0012翼型的升力系数先迅速减小再逐渐增大,最后趋于稳定；阻力系数先迅速增大再逐渐减小,然后略有增大,最后趋于稳定；外场实验翼型的升力系数先迅速减小后迅速增大,最后趋于稳定,阻力系数先迅速增大后迅速减小,在略有增大,最后趋于稳定；利用叶素理论在风沙环境下工作对风力机的转矩进行计算,得出风力机风轮转矩特性随沙尘质量浓度和沙尘颗粒直径变化的规律。结果显示：在同一沙尘颗粒直径时,随着沙尘质量浓度的增大,风轮的转矩,先缓慢减小,然后缓慢增大,再缓慢减小,最后急速增大。在同一沙尘质量浓度时,随着沙尘颗粒直径的增大,风轮的转矩,先减小再急速增大。
【作者】董麟；
【导师】刘宜；李德顺；
【作者基本信息】兰州理工大学，流体机械及工程，2014，硕士
【关键词】气固两相流；风力机翼型；气动性能；风轮转矩特性；

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