小型垂直轴风力机翼型气动性能的数值模拟
翼型气动力学数值模拟及其优化研究
翼型气动力学数值模拟及其优化研究翼型具有重要的航空工程应用价值，因此对其气动特性进行研究对于提高飞行器的飞行性能具有重要意义。
然而，由于气动力学特性的复杂性，为了深入研究翼型的气动特性，需要采用数值模拟的方法来进行研究。
本文将主要探讨翼型气动力学数值模拟及其优化研究。
一、数值模拟方法翼型气动力学数值模拟的方法主要包括常用的流体力学计算方法，如欧拉方程、纳维-斯托克斯方程等。
其中，基于欧拉方程的方法主要用于稳态流场数值模拟，适用于较小的马赫数；而基于纳维-斯托克斯方程的方法则适用于大马赫数情况下的数值模拟。
目前，常用的翼型气动力学数值模拟软件有 Fluent、OpenFOAM、COMSOL Multiphysics等。
在数值模拟中，通常需要考虑的因素包括翼型几何形状、气动参数、边界条件等。
其中，翼型的几何形状是数值模拟的基础，可以通过CAD软件进行建模，形成所需的三维模型。
气动参数包括大气条件、翼型运动状态等，这些参数将直接影响到数值模拟结果的准确性。
边界条件通常包括翼型的进出气流边界、翼型表面壁面条件、旋流边界等。
二、翼型数值模拟优化研究翼型数值模拟的结果可以为翼型的设计与优化提供参考。
常用的翼型优化方法包括基于遗传算法、神经网络、粒子群算法等的优化方法。
其中，遗传算法具有适应性强、精度高、快速优化的优势，可用于优化翼型的外形、气动特性等方面。
在进行翼型优化的过程中，需要考虑不同的设计变量，如翼型厚度、前缘后掠角、翼型弯曲等。
同时，也需要对不同的目标函数进行权衡，例如减少最大升阻比、增加迎角范围等，以达到最优化设计效果。
在优化过程中，需要不断调整设计变量的范围、评价函数的具体形式，以寻找最优的翼型设计方案。
除此之外，翼型气动力学数值模拟优化研究还可以应用于飞行器的控制与稳定性方面。
例如，通过优化机翼翼型设计和控制参数，可以有效提高飞行器的稳定性和机动性能，具有重要的应用价值。
总之，翼型气动力学数值模拟优化研究在航空工程领域具有重要的应用价值。
小型垂直轴风力机叶片气动特性模拟与分析
（ 国矿 业 大 学 机 电工 程 学 院 ， 苏 徐 州 中 江 ２１１） ２ １６
［ 摘
要 ］ 针对 Ｎ Ｃ ４ １ 型风力发 电机扰流 流动特点 ， Ａ Ａ ４ ２翼 建立 了二维和三维不 可压 缩湍流模型 ， 并对
基 于流体连续性方程和 Ｎ—ｓ方程 及 ｋ一８湍流模 型 的二 维流 场进行 数 值模 拟计 算。采 用 多参考 系计 算 （ Ｆ 模型 ， Ｆ Ｕ Ｎ ＭＲ ） 用 Ｌ Ｅ Ｔ模 拟 了流场 内翼型截面的受力情 况和 速度分布情 况， 得到 了 Ｎ Ｃ ４ １ Ａ Ａ ４ ２翼型风机 的
的空气 动 力特 性 。
图 １ 风 轮 示 意 图
图 ２ 风 轮 二 维模 型
１ 计 算 模 型 的 参数 和 建 模 过 程
设 风轮 的额定 风速 为 ７ ５ ｍ ｓ额定 转速 为 ８ ９ｒｄ ｓ ． ／ ， ． ａ／ 。风轮 的高度 为 ８ ４ｍ， 径为 ４ ２ｍ， ． 半 ． 叶片 弦 长 ２ｍ。单个 的风 机 叶片截 面为翼 型 ， 型截面 的几何线 型是 由翼 型数据库 ｐｏ ｌ导 出的 Ｎ Ｃ ４ １ 翼 ｒｆｉ ｉ Ａ Ａ ４ ２翼
第２ ６卷 第 ５期
Ｖ０ ． Ｎｏ ５ １２６ ．
荆楚 Ａ － 学院 学报 Ｙ －
Ｊ ｕ ａ ｆ ｉｇ ｈ ｉｅ ｓｔ ｆＴ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ｌｏ ｎ ｃ ｕ Ｕｎｖ ｒｉ ｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｎ Ｊ ｙ
２１ ０ １年 ５月
Ｍ ａ ０１１ ｖ２
小 型垂 直 轴 风 力机 叶 片气 动 特 性模 拟 与 分析
制 机构等装 置 置于低 空 ， 需要 加装迎 风装置 ， 不 投资成 本低 ， 但是 垂直轴 风力 机外形 一般为 轴对 称 的 ， 这 使 风力机有 一半 的迎 风面 做负功 ， 因而风 能利用 效率较 低 。
风力机叶片翼型气动特性模型
15 90
机械科学与技术
第 29卷
1 基础理论 在流体力学 中, N av ier-Stokes方程之 所以强大
是因为它能对所有的流体状态给出 一个完整的描
述, 但是它的缺点在于计算成本高。在本论文中, 当 非压缩性粘性的紊流经过风机翼型时, 流体的粘性 作用只有在翼型表面很薄的一层区域显得重要, 在 这一层很薄的区域中 N av ier-Stokes方程可以近似处 理为边界层方程。而在边界层之外, 流体可以做非 粘性处理, 利用非粘性模型进行计算。 1 1 非粘性流体模型
流的强度是假定稳定的并且作为未知数, 则流函数 可写成
n
j= 1
0, j
2
ln( |
j
r-
r0
| ) ds0
( 3)
翼型周围的流函数是自由流体作用和每个面元
上涡流 0ds作用的叠加。自由流体部分的流函数为 =V y
式中: V 为水平来流的速度。因此, 最终二维翼型
周围任意点的流函数可以写成
n
=u
yi - v
非粘性流体模型的建立主要有两种方法。一种
是涡格法, 另一种是面元法。面元法也有许多种, 主 要差别在于翼型表面处用来代表速度势流的奇点以
及 Ku tta条件 ( 用来使方程组收敛 ) 的选择。本论文 中用了线性涡流分布, 能够在较少的面元下获得足 够的计算精度 [ 5 ] 。面元方法的主要 假设是流体非 压缩性的, 非旋转的 ( 势流 )。这两项假设极大简化 了流体运动的控制方程。在二维条件下, 翼型的表 面被分为片状的直线段, 每个直线段代表一个面元, 每个面元通过两个端点 ( 面元两端 ) 和一个控制点 ( 面元中心 ) 定义, 强度为 0的涡流置于每个面元控 制点上。每个面元上涡流强度是 = 0 ds0, ds0 是面 元的长度。如果某个面元上涡流放在控制点 r0, 则 该位置上涡流部分的流函数是
基于CFD方法的风力机翼型数值模拟
Ｗｉ ｎ ｄ Ｔｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ Ａｉ ｒ ｆ ｏ ｉ ｌ Ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＣＦ Ｄ Ｌ Ｉ Ｊ ｕ ｎ ． Ｓ ＯＮＧ Ｗ ｅ ｒ ｄ ｏ ｎ ｇ
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， Ｎｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ Ｆ ｏ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｙ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｈａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ４ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
大 电 机 技 术
６ １
基 于Ｃ Ｆ Ｄ方 法 的风 力机翼型数值模拟
李 瑁 ，宋文龙 （ 东北林业大学 机 电工程 学院，哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ４ ０ ）
［ 摘 要】 本文基于计算流体力学对 风机￥ ８ ０ ９ 翼 型流体 动力特性进行 了数值模拟 ，计算 了不同湍流模型下压
装机将达到４ ． ５ 亿千瓦 ，２ ０ ２ ０ 年将达到ｌ ０ 亿 千瓦【 ３ ｊ 。我 国风能资源储量丰富。中国气象局第 四次全 国风能资
源详查与评估显示 ，我国陆上距地５ ０ ｍ高度达到３ 级以 上风能资源的潜在开发量约２ ３ ． ８ 亿千瓦 ； ５ － ２ ５ ｍ ￣深线 以内近海 区域５ ０ ｍ 高度可装机容量约２ 亿千瓦 。风能
ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＣＦ Ｄ．Ｉ ｔ ｓ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｃ ｏ ｅ ｆ ６ｃ － ｉ ｅ ｎ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｄ ｉ ｆｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｔ ｒｂ ｕ ｌｅ ｕ ｎ ｃ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ｗａ ｓ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ．Ｔｈ ｅ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ｌ ａ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｉｍｅ ｒ ｎ ｔ ａ ｌ ｄ ａ ｔ ａ ． ｗｈ ｉｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｄ ａ ｔ ａ ｏ ｆ Ｃ Ｏ Ｓ Ｓ Ｔ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｍｏ ｒ ｅ ｓ ｕ ｉ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｒｅ ｕ ｃ ｏ ｅ ｆｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｉｆｅ ｄ ｒ ｅ ｔ ｎ ｉ ｎ ｌ ｅ ｔ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ｗａ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｒｅ ａ ｄ ． ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｌｔ ｕ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｎ ｌ ｅ ｔ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ｈ ａ ｓ ｎ ｏ ｏ ｂ ｖ ｉ ｏ ｕ ｓ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｎ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｒｅ ｕ ｃ ｏ ｅ ｍｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ． Ｔｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ｎ ａ ｅ ｆｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｗａ ｙ ｔ ｏ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ ａ ｅ ｒ ｏ ｄ ｎａ ｙ ｍｉ ｃ ｃ ｈ ｒａ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｗｉ ｎ ｄ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： 、 Ⅳ ｉ ｌ ｌ ｄ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ； ａ ｉ ｒ ｆ ｏ ｉ ｌ ； ｎ ｍ ｅ ｕ ｉｃ ｒ ｌ ａ ｃ ｌｃ ａ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ； ＣＦ Ｄ 刖 吾
基于CFD技术的风力机叶片翼型气动特性模拟计算
0 引言 传统能源，如石油、煤炭、天然气不但储量
有限，运输困难，还会造成严重的污染，随着人 们节能环保意识的增强，清洁能源的开发尤其是 风能资源的开发日益受到重视。据预测，到 2020 年风电年新增市场将达到 100 GW，累计市场达到 879 GW； 到 2030 年 风 电 年 新 增 市 场 达 到 145 GW，累计市场达 2110 GW；到 2050 年，年新增市 场 达 到 208 GW， 累 计 市 场 容 量 达 5806 GW[1]。 我国仅陆地上离地面 10 m 高度层风能资源理论 储量可达 43.5 亿 kW，其中技术上能够开发的就 有 2.97 亿 kW 。 [2]
ρν͂ )
Sν͂
∂∂xν͂ jüýþ
+
(3)
式中， ν͂ 表示湍流动粘滞率； Gν 是湍流粘度生 成项； Yν 是壁面阻碍以及粘性阻尼作用发生在近壁 区域湍流粘度的损失项； Sν͂ 为用户自己定义的源 项； ui 为来流速度； Cb1 =0.1355， Cb2 =0.622； xi 和 xj 表示坐标方向。
∂x
+
∂( ρuy
∂y
)
=
0
(1)
式中， ux、uy 表示来流速度在 x 和 y 方向上的
分量； ρ 表示来流密度。
二元定常流动雷诺时均 N-S 方程[4,5]为：
收稿日期：2017-01-07 通信作者：彭续云(1990—)，男，硕士，主要从事新能源及节能技术、风力机 CFD 数值仿真方面的研究。1207892567@。
风力机叶片的是捕获风能的最关键部位，它的 性能对风力机发电功率有着重要影响，叶片良好的 设计、可靠的质量和优越的性能是保证风力发电机 组正常运行的决定性因素[3]。因此，正确的分析翼 型的升阻特性对叶片选型设计有重要意义。目前，
基于叶片弦长的小型H型垂直轴风机气动性能分析
1 引言无法准确预测风力机的非定常特性，涡方法能够有效地捕捉流场细节，但不适用于小速比范围内的计算[1]，H型垂直轴风力机在较小速比范围内工作，其风轮外流场为非定常流动[2]，应用目前已有的流管法 小型水平轴风力机有安全性能低、噪声大、结构复杂、成本高等缺点，使其在民用领域的发展受到限制。
与之相比小型H型垂直轴风力机具有低速性能好、噪声低、安全性高、对环境破坏小、结构简单、成本低廉等优点而受到研究者的青睐。
特别是近些年来，随着计算流体力学的发展，CFD技术在工程上得到大规模的应用，应用商用CFD软件已能快速准确模拟H型垂直轴风力机外部非定常流场，同各种不同类型风轮外流场，计算结果更直观，更准确。
针对小型H型垂直轴风轮，采用CFD技术进行研究已成为一种趋势。
气动性能的影响，为风力机研究及设计人员提供一些参考。
2 数值计算方法[3~6]2.1 控制方程对于所有流动的计算，一般都是通过求解质量方程和动量守恒方程来完成，当流动是湍流时，迎风差分格式离散对流项，利用移动网格技术，进行瞬态计算。
The Analysis of Aerodynamic Performance for Small H-Vertical Axis Wind Turbine Based on length of Blades Chord基于叶片弦长的小型H型垂直轴风机气动性能分析吴鸿斌 ABSTRACT Aiming at the small H-vertical Axis Wind Turbine with different length of blades chord, construct a CFD model for outside flowfield. Moving mesh technique is used to construct the model, the RNG models and the implicit Couple arithmetic based on pressure is selected to solve the transient equation. Curves for the aerodynamics performance of the wind turbine are got from the result. With the curves how the length of the blade chord affecting the aerodynamic performance of the small H-vertical Axis Wind Turbine is analyzed.KEYWORDS CFD; small H-vertical Axis Wind Turbine; utilization coefficient for wind energy; tip speed ratio摘 要 针对不同弦长下的小型H型垂直轴风轮模型，建立风轮外流场CFD(Computational Fluid Dynamic)模型，采用移动网格技术，选用RNG关键词 图1 垂直轴风力机基本结构 图2 简化后的3D风轮模型图3 简化后的2D风轮模型图1所示为H型垂直轴风力发电机结构简图，H 型垂直轴风力机实际结构较复杂，在进行CFD计算需要对其简化，风轮中连杆、转轴等构件对风轮周围的流场影响不大，在CFD建模时，可以简化掉，简化后的三维风轮模型如图2所示。
垂直轴阻力型风力机功率计算与Fluent数值模拟
ａ ｉ ｎ ｕ ｂ ｎ ｓ ｅ ａ ｌ ， ｈ ｆｉｉｎ ｙ ｏ ｈ ｘ ｓ ｗｉ ｄ ｔ ｒ ｉ ｅ ａ ｘ ｍｐ ｅ ｔ ｅ ｅ ｆｃｅ ｃ ｆ ｔ ｅ ｄ ａ － ｙ ｅ ｖ ｒ ｉａ ｘ ｓ ｗｉ ｄ ｔ ｒ ｉ ｅ ｗａ ａ ｃ ｌ ｔ ｒ ｇ— ｔ ｐ ｅ ｔ ｌ ｉ ｎ ｕ ｂ ｎ ｓ ｃ ｌ ｕ ａ ・ ｃ ａ ・ ｅ ｙ ｔ ｉｆ ｒ ｎ ｔ ｏ ｓ Ｗ ｉｈ ａ ａ ｙ ｉ ｆ ｔ ｅ ｄ ｂ ＷＯ ｄ ｆｅ ｅ ｔ ｍｅ ｈ ｄ ． ｔ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ｈ
Ｚ ＲＡ ｗｔ ． Ｉ Ｔ ｏ Ｏ ｉ Ｌ ａ ｚ
（ Ｆ ｕｙｆ ｅａｃ ａ ｒ ｎｎｒｇｓ ｎｉ ｎｅｉ ｏＳｅｅｎＴｃ ｏｇ・ １ ａ ｌｏＭｃｎａ ｔＥ ｉ ｇｅｉ ， ｕ ｎＵｉｒ ｙｆｃｎ ｄ ｅ ｎｏ ． ｃｔ ｈ ｉ￣ｉ ｃ ｉｅｎ Ｋ ｍ ｇ Ｖｓ ． ｉｃａ ｈ ｌｙ ｄ Ｅ ｔ
Ｋ ｍｉ ｇ ６ ０ ９ ・ ｉ ａ ２ Ｋｕ ｍｉ ｇ Ｓ ｉ ｂ ｉ ｉ ｕ ｐ ｎ ｒ ｏ ａ ｉ ｎ Ｌｉ ｔｄ・ ｎ ｎ ５ ０ ． ｉ ａ ｕ ｎ ｎ ５ ０ ３ Ｃｈ ｎ ； ． ｎ ｎ ｈ ｐ ｕ ｌ ｎ Ｅｑ ｉ ｍｅ ｔＣｏ ｐ ｒ ｔ ｍｉｅ Ｋｕ ｍｉ ６ ０ ５ Ｃｈ ｎ ） ｄｇ ｏ ｇ １
文 章 编 号 ：０ １ ２ ７ ２ １ ） １ ０ ６ Ｏ １０ —２ ５ （ Ｏ Ｏ Ｏ — ０ ８一 ４
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔａ ｎ ａ ｍａ ｌ ｒ ｇ — ｙｐ ｖ ｒ ｉａ ｓｒ ｃ ： ｋｉ ｇ ｓ ｌ ｄ ａ －ｔ ｅ ｅ ｔｃ ｌ
机 的研 发提供 有益 的借鉴【 ¨。
动 性 能
风力 发 电 ， 也可 以用 于 风 速测 量 ， 风 杯式 风 速
文献标 识码 ： Ａ
翼型气动特性数值模拟研究
翼型气动特性数值模拟研究翼型是飞行器的重要组成部分，其气动特性（如升力、阻力、升力系数、升阻比等）对飞行器的性能有很大影响。
由于实验设备和费用的限制，气动试验成本高昂，因此数值模拟成为了研究翼型气动特性的主要方法之一。
数值模拟方法数值模拟方法主要包括计算流体力学（CFD）方法和边界元方法。
其中，CFD方法是一种利用数值计算方法处理流体动力学问题的方法，可根据所建立的数学模型，通过计算机模拟流体的运动状态，获得流体介质的相应物理量。
而边界元方法则是一种计算机辅助工具，针对问题内部的微观变化关系较弥散的情况下，仅需检查问题外缘的变化，即可通过边界元法反映问题内部变化。
两种方法的原理和适用范围存在区别。
本文主要讨论CFD方法，根据不同模型和假设，CFD方法分为欧拉方程模型、纳维—斯托克斯方程模型等。
其中，普遍认为海拔高度2000米，马赫数0.3的常温常压环境下，采用欧拉方程模型就能较为精确地预测翼型的气动特性。
欧拉方程模型及其应用欧拉方程模型的基本假设是流体为理想气体，连续性方程为无穷小量，流体的运动状态由欧拉方程控制。
其中，欧拉方程考虑了三个物理量：密度（rho）、速度（v）、热力学气压（p），并描述了它们之间的关系。
欧拉方程模型的适用范围很广，可以处理多种气流复杂情况，可以在空气、液体（如水）及其它流体的流动中预测相关的力学变量，有效地用于翼型气动特性数值模拟。
实例分析以NACA 0012翼型为例，它是由美国航空航天局设计的一支标准组合翼，被广泛应用于飞行器领域。
研究采用Ansys Fluent 15.0数值模拟软件，通过对NACA 0012翼型的气动特性的分析，验证了欧拉方程模型在预测翼型的气动特性方面的有效性。
翼型模型的几何尺寸定义采用了标准的NACA 4位数型号，其的绘制遵守了标准的绘制规则。
通常，翼型的比尺寸Re数（不能大于100万）是气动特性数值模拟的一个关键因素，它决定了模拟结果的准确度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
,
_
p dx
+ /x(
^2
^2 +
dx 2
dy
2
)
2
2
翼型绕流的控制方程
风机翼型的绕流流动属于低速流动， 马赫数
+
duy Uy dy
du + /x( 9 p dx dx
+
d uy ) dy
(i)
(2 )
收稿日 期
基金项目： 河北省国际科技合作项目（ 16394301D)
： 2016 -06 - 2 0
doi ： 10. 3969/j .issn .1005 -0329. 2017.03.010
Numerical Simulation of Aerodynamic Performance of Small Vertical Axis Wind Turbine
XUAN Z hao-yan1, ZHANG T ai-ning1 ,JIN G H ui-cheng1 ,Z H A 0 X in2 (1. North China University of Science and Technology,Tangshan Hebei 063009,China ； 2. Tangshan Toyoda Science and Technology Co. ,Ltd . ,Tangshan 063009, China )
翼型的气动性能参数 3.3
最 大 厚 度 :16.93% C在 2 6 . 5 % 的 翼 弦 处 最 大 曲 面 :5.12%(： ,在 47.6%的 翼 弦 处
画2
EPPLER 561翼型的特征参数
对于风力机而言》 翼型绕流的实质为空气动 力学中气体外部绕流问题， 如 图 1 所示，图 1 中 F 表示水平方向上的自由来流速度， 当空气流经翼 型时， 由于翼型的外形作用， 上 表面流速加大， 下 表面气流速度减小。根 据 能 量 方 程 ， 速度大则压 强小， 而速度小则压强大， 因此翼型下部的压强较 翼型上部的压强大， 即存在升力◎升力对风机的 扇叶设计有重大意义。良好的扇叶应具有较大的 升力和较小的阻力。
较低， 一 般 在 0 . 3 以下， 因此可设定叶片周围的气 体为不可压缩气体。使 用 F L U E N T 软 件 ， 对风力 机叶片翼型进行数值模拟分析， 得出该叶片翼型 的气动特点与规律。本文对翼型的定常特性进行 流体力学数值计算， 选 择 稳 态 的 N-S 方程作为流 动控制方程。 N-S 方程:
48
文章编号：
FLUID MACHINERY
1005 -0329(2017)03 -0048 -04
Vol. 45, No. 3,2017
小型垂直轴风力机翼型气动性能的数值模拟
玄兆燕张泰宁景会成赵欣2
(1.华北理工大学， 河北唐山063009;2.唐山市拓又达科技有限公司， 河 北 唐 山 063020) 摘 要 ： 风机翼型作为叶片外形设计的根本， 对叶片的空气动力特性、 质量以及整个风机捕获风能的能力有着重要的 影响。利 用 FLUENT 流体仿真软件对翼型进行数值模拟， 使 用 RNG k-s 和 SST k - « 湍流模型模拟得到翼型随攻角变化 的升阻力系数曲线， 并与试验数据进行对比， 得 出 SST k - « 湍流模型更为准确。对风机叶片翼型进行气动数值模拟计算 和分析， 有助于深人了解翼型的气动性能， 为风机翼型的气动特性研究提供理论基础。 关键词： 翼型;气动特性;数值模拟;湍流模型 中图分类号： TH43 文献标志码： A
qualities of the blades and fan， s ability to catch the wind.This paper used fluent fluid simulation software for numerical simula tion of airfoil and used the RNG k-e and SST k 〇 > turbulence model and simulation system with attack angle change curve testing airfoil attack angle,airfoil lift,drag coefficients.And turbulence model is more accurate through comparing with experimental data . It is contribute to learn more about airfoil aerodynamic performance and provide theoretical basis for research on wind turbine air foil aerodynamic performance through numerical simulation of wind turbine blade airfoil aerodynamic calculation and analysis. Key words ： aerofoil ； aerodynamic characteristics ； numerical simulation ； turbulence model
前， 风能利用主要以风力发电为主， 降低风力发电 成本， 提高风力发电效率， 是有效利用风能的关键 所在 。风轮是风力发电机捕获风能的主要部位之 ， 翼型的气动特性直接影响风机风能的利用效
一
率 。所 以 ， 研究翼型的气动特性是研究叶片性能 的根本[1]。
Ux dx du ux dx
+
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
du uy dj
Abstract ： Wind turbine airfoil as a basis for leaf shape design has an important influence for aerodynamic characteristics and
i
前言
风能具有储量大、 无污染、 可再生等特点。 目
修稿日期：
2016-11-01
2017 年 第 4 5 卷 第 3 期
式中 — 流速
流 体 机 械
49
的弦长位置上， 最 大 厚 度 的 值 为 弦 长 的 16. 9 3 % ; 最大曲面位置在弦长的47. 6 % ， 其值的大小为弦 长的
M—
p
流体密度 黏度系数
连续方程：
3
3.1
翼型的气动性能