风力机叶片翼型的气动特性研究

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随着能源与环境问题的日益突出，世界各国都在大力发展新能源。风能具有无污染、可再生的特点，是目前新能源中最具代表性的-种。风力发电机是风能利用的主要设备，风能的利用效率与风力机叶片翼型气动特性息息相关。通过流动控制提高风力机的气动性能，对风力机发展具有十分重要的意义。

国内外的研究者通过流动控制技术来实现控制翼型气动特性的目的，其中常用的方法有在翼型后缘加载 Gurney襟翼或者在后缘附近上下表面加载Microtab。清华大学热能工程系和汕头大学能源和环境研究所共同对二维叶片后缘襟翼的升力进行了研究 J，并做了数值计算，证明襟翼对叶片升力的增升效果较明显。而 Microtab这-概念最早是由Yen et ah提出的，这-概念涉及的小插片位于翼型尾缘附近并且垂直于翼型表面，它的高度与边界层为同-量级 。插片的出现改变了尾缘处的流动，进而改变了翼型的空气动力学特性。本文针对风力机叶片翼型 $818在95%弦长处加载 Microtab前后进行数值模拟分析，并对加载 Microtab后的翼型流厨行分析，总结Microtab对翼型气动特性的影响。

2 叶片翼型及计算模型流动控制方程选用定常不可压缩 Navier-收稿日期： 2013-03-04 修稿日期： 2013-o4-O1基金项目： 国家 自然科学基金项目(51065026)；教育部博士点基金项 目(20106501110001)；自治区自然科学基金项 目(2011211A002)2013年第41卷第8期 流 体 机 械 33(a)O。攻角(b)5。攻角(c)10。攻角(d)15。攻角图5 base翼型和95%弦长处加载 micmb翼型在不同攻角下的压力分布对比由图5(a)可以看到 2种翼型的表面压力分布几乎重合，2种翼型的前缘压力均小于后缘压力。由于后缘曲率大，外界来流对后缘尾端影响较小，因此加载了microtab也无法影响翼型周围气流。由图5(b)可以看到来流碰到 microtab时，压力升高，在 microtab后部形成相对低压区，在翼型的吸力面靠近尾缘处，压力又增大，由于 mi。

crotab的存在，降低了压力，使得在靠近尾缘处，吸力面上的压力小于压力面的压力，迫使-部分流体向压力面流动，使得翼型的后驻点位置向压力面偏移，这说明襟翼改变了翼型环量的分布，从而改变了升力。从图 5(c)和(d)看出 5。攻角以后加载microtab的翼型的压力分布和5。攻角时相似，只是在 15。攻角以后 microtab对压力分布的影响减小，这与上面分析的结果基本吻合，进-步验证了以上分析结果。

3.3 速度矢量图分析图6为 0。攻角到 l5。攻角的 base翼型和95%弦长处带 microtab翼型的速度矢量图，现在就速度矢量图来分析两种翼型流动结构上的区别。从图6(a)、(b)可以看出当攻角 0。时，来流到达叶片后速度发生分流，-部分沿前缘流动，另-部分沿后缘流动，两端速度迅速增加(距离分流点三分之-翼型处速度显示为红色)。从图6(c)、(d)可以看出当攻角为5。时，速度分离点下移，翼型后缘 microtab受到翼型外界来流的影响，在 microtab后部形成逆时针的分离涡流。

来流碰到 microtab时，速度降低，在 microtab后部形成相对低速区，在翼型的吸力面靠近尾缘处，速度较大。从后面的几个图可以看出随着攻角的逐渐增加，Base翼型吸力面上来流脱离现象越来越严重，涡流强度逐渐增大。当攻角增大到15。时，在吸力面的大部分区域，绕翼型的流动不再附体，而是从表面分离出去。而带microtab的翼型产生的涡变得像-个分离的气泡。当microtab产生的诱导涡变大到能影响尾缘的时候，将开始对升力和力矩起作用，分离点出现在后缘到分离点出现在 microtab末端，这种转变改变了翼型库塔条件，因而，有效地增加了气动曲面轮廓和环量。在攻角过大以后由于阻力变得很大 microtab对叶片气动性能的改善作用就不那么明显了。

30 FLUID MACHINERY Vo1.41，No.8，2013通过对长距离输送管道无阀、普通阀、缓闭阀管路系统的停泵水锤计算比较，得出泵的去哪特性曲线数值差异对停泵水锤计算的影响并不大，相对应的曲线几乎重合；(3)当实用泵的比转速没有全特性资料时，无论采用通用公式法还是采用就近取用先用泵全特性去进行数据计算，结果差别不大。