翼尖小翼对H型垂直轴风机气动性能的影响研究

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垂直轴风力发电机以达里厄风机为基础，将其曲线叶片改为直线叶片l1。在垂直轴风力发电机中，H型垂直轴风力发电机是最受关注的-种。H型垂直轴风机利用空气流过叶片产生升力在切向的分力作为驱动力实现风机旋转，其切向力由叶片前后表面的压差产生。由于压差的存在，在风机叶片的翼尖处，高压表面的气流会绕过翼尖流向低压表面，形成翼尖涡流，风力机叶尖涡从旋转叶片的尖部生成 ，以螺旋状向下游发展121，致使翼尖附近压差降低，叶片的升力下降。翼尖涡流是造成叶片效率降低的主要原因之-引。为了减小翼尖涡流，在大型飞机上-般采用加装翼尖小翼的方法 ，用以减小这种不利影响。文献 用数值模拟方法研究了不同条件下垂直轴风机的气动性能。德国某公司为抑制生成扰流和旋涡，在水平轴风机叶片端部加装了小翼”91。参照机翼与水平轴风机上的方法，基于NACAO015翼型，建立了加装翼尖小翼的数值仿真模型和实物模型，用于分析不同展弦比下翼尖涡流对升力的影响，以及翼尖小翼对叶片升力大小的影响。为方便后续描述，引入平均升力的概念，即单位长度，叶片产生升力的大小， 竽，式中：平均升力； -叶片受到t -的总升力；-叶片翼展。

2展弦比对平均升力 L影响规律的研究为探究展弦比对平均升力 L的影响规律，采用 CFD方法，建立了三种不同展弦比的叶片模型，通过对比三种模型受到的平均升力 L与展弦比的对应关系，取得两者之间的定性关系结论。

2.1建立模型模型的翼型采用NACAO015翼型，其参数设置，如表 1所示。网格划分使用分块的结构化网格，为了提高计算精度，在叶片的周围对网格进行加密处理。叶片附近的网格划分，如图 1所示。

设定来流速度为 lOm/s，以叶片弦长为参考长度的雷诺数为Re5.48x104，湍流模型使用标准 k-e模型，壁面方程为非平衡壁面方程，时间为定常，采用二阶迎风格式离散，SMPLE算法求解离散后的代数方程。

表 1不同展弦比模型的参数设置Tab.1 Parameter Seting on Modelsof Diferent Aspect Ratio来稿 日期：2012-11-07作者简介：邓 飞，1972-，男，山西临汾人，博士，副教授，主要研究方向：流体机械工程；王 佳，1989-，男，陕西铜川人，硕士，主要研究方向：流体机械工程
72 机械 设 计 与制 造No.9Sept.201 3流对升力的不利影响，风机叶片获得更大的升力，叶轮受到的驱动力矩更大，进-步验证了 3.1的仿真结果。

时司s图6风机转速随时间的变化曲线Fig.6 The Pan Speed Curve Along W iththe Change Over Time4结论为了研究翼尖小翼对 H型垂直轴风机气动性能的影响规律，通过数值仿真方法，计算了不同展弦比条件下翼尖涡流对升力大小的影响，并通过数值仿真与试验验证相结合的方法，分析了安装翼尖小翼对叶片升力大小的影响和机理。研究结果表明：1在不同展弦比条件下，翼尖涡流对风机叶片升力的削弱作用不同；展弦比越小，翼尖涡流对升力的削弱作用越大；展弦比越大，翼尖涡流对升力的削弱作用越校2翼尖小翼阻碍了气流在翼尖的扰流，使风机叶片获得更大的升力，从而提高了风机叶片的气动性能。