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提高风力机叶片气动性能是发展大型风力发电设备的重要需求。该文针对改善风力机叶片气动性能这一问题,在风力机专用新叶型气动性能研究,利用振荡射流增加叶片升力、推迟失速和利用增加局部表面粗糙度提高叶片有效升力系数三个方面进行了试验研究和机理探索。结合提高叶片气动性能的研究对风力发电的清洁性进行了初步分析。
研究具体内容和结论如下:
通过对FFA-W3-211和FFA-W3-360两种风力机专用叶型在不同攻角下的风洞试验,获得了光滑叶型和模拟头部结垢叶型的气动特性。通过试验结果分析了风力机专用叶型升力系数较大和气动性能对头部粗糙不敏感等特点。通过求解Reynolds平均的非定常N-S不可压缩粘性方程对五种不同厚度的典型风力机叶型的升力阻力系数等进行了数值计算,为工程设计提供数据。
提出利用在叶型头部增加振荡射流的方法改进风力机叶片气动性能的思想并设计了试验方案,对三种不同叶型进行了风洞吹风试验。试验证明在叶型头部加入适当频率和动量的振荡射流可以有效推迟叶型的失速角,增大叶型的升力,减小叶型的阻力。通过对不同振荡射流参数的大量试验研究了振荡射流的加入位置、频率和动量大小对叶型外部流动的不同影响。对将振荡射流技术应用于风力机叶片的可行性进行了分析。同时还开发了一种可以产生振荡射流的压电式振荡射流发生装置。
对风力机两种专用叶型进行的叶片表面局部增加粗糙度的风洞试验结果证明了在叶片压力面尾缘增加适当宽度、粗糙度的粗糙带可以增大叶片的有效升力系数。在三种风机上的验证试验证明该方法可以应用于风力机整机。
结合改善风力机叶片气动性能的研究,提出了动力系统清洁度的概念,并结合叶片的气动效率和寿命对风力机清洁度进行了初步计算。
风力机专用叶型研究可以为叶片设计提供风洞试验和数值试验数据;振荡射流技术的试验研究和射流源的初步开发为风力机未来技术发展提供新的技术方案和手段;表面局部增加粗糙度增升的方法为现有风力机提高出力提供了简捷的方案。该文的研究方法和结果具有重要的理论意义和工程实用价值。