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  风力机翼型风洞实验中粗糙带形式的选择研究
更新时间:2013.11.19 浏览次数:
 
    随着科学技术的发展和能源需求的日益增大,环境保护问题也迫在眉睫,风能作为一种洁净的可再生环保能源以其独特的优越性越来越受到社会的重视[1-3] 。风力机发电是利用风能的主要形式,叶片是风力发电机吸收风能的重要部件,而翼型又是叶片设计的最基本要素。大型风力发电机风轮叶片使用的翼型,其雷诺数通常在1×106~6×106之间。风洞实验[4-5]和数值模拟[6-8]是评估翼型气动性能的两种手段,然而由于模型尺寸与实验风速的限制,低速翼型风洞实验雷诺数通常不能覆盖所有雷诺数范围,雷诺数导致翼型表面转捩位置不同,翼型表面流动情况与实际情况不相符,层流范围、湍流范围、分离点的位置、压力分布及翼型的升力、阻力和力矩特性都与真实情况存在一定差异。为了尽量真实的模拟实际流动,采取在翼型前缘粘贴粗糙带进行固定转捩实验的方法。
  另外,由于制造过程、表面老化、昆虫尸体堆积、风吹雨打和表面结冰等原因,商业运用的风力机叶片前缘实际上有一定的粗糙度。在实验过程中对其准确的模拟比较困难,通常的方法也是在翼型前缘布置粗糙带。
  粗糙带是一种人为粘贴在模型表面上的粗糙元,以固定边界层由层流状态到湍流的转捩位置,其基本的要求是引起转捩的同时附加的影响尽量小,二维翼型实验中,要求粗糙带的宽度尽量小,粗糙元分布尽量均匀,粗糙带粘贴牢固,且容易重复,易于去掉及不损坏模型[6]
  粗糙带的形式多种多样,对于粗糙元的高度、密度也有着一般的计算方法与选择要求。大量实践表明,粗糙带的种类及其参数对于实验结果有着重要的影响,需要非常仔细地进行选择 [9-15]
  ZZR和ZZT型由于基底为锯齿形,沿展向粘贴时粗糙带的形状不易精确保证,容易导致不同期实验数据重复性较差。T和H型为NF-3风洞实验室自己研制的形式,其基底不易变形,加工和粘贴简便,相信可以减少由于粗糙带引起的不同期实验数据的差异。本文主要研究T型和H型粗糙带与ZZR和ZZT型的差异,以及探讨不同形式粗糙带对风洞实验中昆虫尸体在翼型表面堆积影响的模拟,试图对风力机翼型实验中粗糙带的选择提出参考建议。
 
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