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  • 工程热物理所水平轴风力机厚翼型设计取得进展

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  风能是最具发达前景的可再生能源,风力发电是风能诈欺的重要地势。海上和低风速区域风电场的开垦,使众兆瓦级秤谌轴风力机的使用成为主流。而研发出职能优异的专用翼型族是普及秤谌轴风力机叶片能量捕捉率的闭头。基于风力机研发出一系列专用翼型族代替航空翼型正在秤谌轴风力机上的使用。上述翼型相对厚度较小对待适合于叶片根部区域的翼型安排是有限的。跟着新装风力机叶片尺寸的明显添补以及

  厚翼型采用钝尾缘安排可能有用厘正其气动职能和组织强度,Timmer,Hoerner,vanDam等人对此做了大批的斟酌,席卷厚尾缘的制型本事以及尾缘钝化后的功效。但目前厚翼型的安排法则不行挨近众兆瓦级风力机的运转需求,也缺乏可用的大厚度钝尾缘翼型族。

  中科院工程热物理斟酌所自2007年最先研发适合中邦风资源分散特质的风力机专用翼型族。此中包蕴四种相对厚度为45%到60%的大厚度翼型。但这些早期的大厚度翼型尾缘厚度较小,且采用XFOIL安排,无法精确地预测出大攻角下的职能。近期,斟酌职员维系一个5兆瓦级风力机的运转特质体例斟酌了大厚度钝尾缘翼型的安排法则、安排本事并获胜开垦出四种新的大厚度钝尾缘翼型。

  斟酌标明,45%-60%相对厚度的翼型重要实用于叶片内侧10%-20%处。因为叶跟扭角的节制,该个人攻角偏大,滚动众为湍流范围层状况,明显区别于叶片中部和外侧的翼型滚动,须从头确定安排攻角域和安排雷诺数。基于参考的5MW风力机的预备结果,该个人翼型的实质运转攻角限制正在15°-25°,远高于其失速攻角;运转雷诺数跟着相对厚度差别有所差别,据此确定了适应MW级风力机运转特质的安排攻角域和安排雷诺数,如外1所示。

  正在气动职能方面,立异地提出以运转攻角限制内的升力系数秤谌为大厚度翼型的安排目标,以该攻角内升力系数的平缓特质和升力弧线的变工况安靖性为重要拘束。这是因为众兆瓦级叶跟翼型相对厚度常常大于45%,导致其失速攻角远较薄翼型提前,与实质的运转攻角限制有很大的间隔。此时最大升力系数明显不行再有用外征对大厚度翼型的职能需求。而升力系数随攻角变革平缓,随Re变革安靖可能有用地保障风力机的输出安靖。

  因为厚翼型的滚动攻角较大,滚动众处于湍流范围层以至分手流条款下,对待厚翼型滚动的预测,特别是闭于滚动转捩和分手点的预测永远是限制大厚度翼型气动安排的闭头题目。是以正在安排之前,通过正在北京航空航天大学D-4风洞的衡量验证了(相对待大凡CFD本事)对待45%厚度的翼型RFOIL可能较精确地给出直到25°攻角限制的升力特质。故以RFOIL采用混淆安排本事举行安排。正在安排历程中通过保障翼型的根基几何特质(前缘半径,相对弯度,最大相对厚度身分)左近来保障翼型族的几何兼容性;通过延迟湍流范围层的分手或者延缓分手点从尾缘向前缘转移的速率来告竣高且平缓的升力特质。安排结果如下图1所示。

  基于RFOIL气动剖析标明,这族大厚度钝尾缘翼型正在大攻角限制内,升力系数赓续安靖上升并处于较高秤谌:正在15°到30°攻角之间,该翼型族的升力系数大致正在1.0到1.7之间近似线性变革,同时正在该攻角限制内具有优异的雷诺数安靖性,有利于风力发电机得到更高效和安靖的输出,告竣了安排方针。采用风电叶片研发中央提出的翼型归纳评估本事标明,对待MW级风力机叶片内侧需求而言,新的45%相对厚度翼型的归纳职能优于寻常操纵的荷兰代尔夫特大学开垦的DU00-W2-401翼型。是以,斟酌职员曾经操纵该翼型正在众兆瓦级风力机叶片研发时举行了替换安排,目前正正在举行闭于该翼型族的风洞衡量尝试。

  以上斟酌职责取得了邦度“863”布置项目“大厚度、钝尾缘、低噪声翼型安排使用手艺”(No.2012AA051303)的赞成,联系斟酌功劳已正在中邦工程热物理学会2013年学术聚会(呼和浩特)上显示,并将颁发正在《工程热物理学报》上。




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