风沙对风力机翼型绕流及其气动性能的影响

摘要：

中国西北地区风能资源丰富,然而该地区经常遭受沙尘天气的侵袭.风力机在强风沙环境下运行,其气动性能难免会受到沙尘的影响,并且其叶片会受到比较严重的磨损,导致机组的出力明显下降.翼型作为风力机叶片的基本组成单元,沙尘颗粒对翼型的绕流和气动特性的影响研究显得尤为必要.该文利用雷诺平均Navier-Stokes方程-大涡模拟(large eddy simulation)混合方法中的延迟分离涡模拟方法,模拟了NREL S809翼型在风沙环境下的流动特性,将不同颗粒直径条件下翼型周围的绕流情况和翼型的气动性能进行了对比,研究了空气中的颗粒对风力机翼型绕流及其气动性能的影响规律.结果表明,6.1°攻角时,颗粒对翼型绕流和升力系数的影响较小,但仍会使翼型的升力系数略微降低.随着颗粒直径的增大,翼型的升力系数先减小再增大,其中颗粒直径为20μm时达到最小值.当颗粒直径为150μm时,其升力系数仍小于洁净空气下的升力系数,但两者已十分接近.8.2°攻角时,不同直径颗粒对翼型绕流具有不同程度的影响,当颗粒直径小于20μm时,颗粒的跟随性较好,颗粒紧随气相运动,对翼型绕流的影响较小;当颗粒直径为20μm时颗粒对翼型绕流造成了极大的影响,如分离点提前、出现展向流动;当颗粒直径大于20μm后,随着颗粒直径的继续增大,颗粒的惯性力变强,颗粒逐渐独立于气相运动,对翼型绕流的影响也逐渐减弱.升力系数随颗粒直径的变化趋势和小攻角时相同,但变化幅度变大,升力系数最小时比洁净空气时减少了7.9％.该文可为不同颗粒直径的风沙环境下颗粒对翼型周围绕流流场及其对翼型升力系数影响等相关研究提供参考.

关键词：风力机、风能、计算机仿真、延迟分离涡模拟、翼型、颗粒直径、翼型绕流、流动分离

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分类号：TK83(风能、风力机械)

资助基金：国家重点基础研究发展计划973计划2014CB046201;国家自然科学基金51766009,51566011

在线出版日期：2018-08-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：205-211,后插1