对风力发电机叶轮的气动性能数值模拟研究

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1、2011年6月机床与液压Jun．2011第39卷第1l期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．39No．1lDoI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．11．029风力发电机叶轮的气动性能数值模拟研究代丹丹，孙文磊，赵群(新疆大学机械工程学院，新疆乌鲁木齐830047)摘要：利用CFD软件Fluent对风力机叶轮在额定风速下的气动性能进行数值模拟研究，通过仿真叶轮周围三维流场流态．得出叶片表面的压强分布、流速分布和速度矢量等流态图，并计算出叶片受力和转矩，验证了风力机叶轮气动性能数值模拟的可靠性，可为风力发电机叶片的优化设计提供技术参数和

2、指导。关键词：风力发电机；气动性能；数值模拟中图分类号：TP391．77文献标识码：A文章编号：1001—3881(2011J11—105—3TheNumericalSimulationofAerodynamicPerformanceforWindTurbines’BladeWheelDAIDandan．SUNWenlei。ZHA0Qun(SchoolofMechanicalEngineering，XinjiangUniversity，UrumqiXinjiang830047，China)Abstract：Fluent，theCFDsoftware，w舳usedfornume

3、ricalsimulationoftheaerodynamicperformanceforwindturbines’bladewheelatratedwindspeed．Thevisualimagesofpressuredistribution，flowratedistributionandvelocityvectorofthebladewereob—tainedbysimulatingthe3Dflowfieldaroundbladewhee1．Theloadandthetorqueonthebladewerecalculated．Thereliabilityofthisn

4、umericalsimulationwasverified．Sometechnicalparametersandinstructionalsuggestionsabouthowtodesignthebladewerepro-posed．Keywords：Windturbines；Aerodynamicperformance；Numericalsimulation目前世界上的风力发电机正朝着大型化、柔性化之上的一门新型独立学科，通过计算机数值计算和图方向发展，这使得气动问题成为风力发电机的一个重像显示的方法，在时间和空间上定量描述流场的数值要问题。研究叶轮的气动性能就是研究叶轮

5、与空气来解，从而达到对物理问题研究的目的。CFD的基本流之间的相互作用，其中用到的基础理论是空气动力原理是数值求解控制流体流动的微分方程，得出流体学。在研究风力机的气动性能时，重点是建立风力机流动的流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟的空气动力学模型，进而研究其空气动力学特性。目流体流动情况。前国内外在风力发电机气动分析方面已经有了比较成作者利用Fluent进行风力机数值模拟时选用SST熟的研究方法，主要有动量一叶素理论、涡尾模型方k-aJ湍流模型，其全称是剪切应力输运(Shear-Stress法和CFD数值模拟方法。Transport)．模型。SSTk-w模型是为了使标

6、准k-w作者运用CFD软件Fluent对风力机叶轮在额定模型在近壁面区有更好的精度和算法稳定性，由风速下进行气动性能的数值模拟计算。首先是使用Menter对k-to模型进行改进而来的。SSTk-w湍流模UG软件建立风机的空气动力学模型，然后导入Flu-型的方法是：在近壁面使用k-w模型，而在边界层外ent软件中进行湍流模型和边界条件的设置，并仿真叶片周围的三维风场流态。观察叶片表面的压强分部使用尼．∞，在边界层内则混合使用这两种模型，并布、流速分布和流速矢量等流态图，并计算出叶片受根据一个混合加权函数Fl的大小进行加权平均。SST力和转矩，验证了风力机叶轮气动性能数值模拟的可

7、k-co湍流模型的输运方程如下。靠性。k方程：1CFD数值模拟技术计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics，+v．()=P一+V【(+)V叫CFD)是建立在经典流体动力学与数值计算方法基础(1)收稿日期：2010—05—31基金项目：国家自然科学基金项目(50765007)作者简介：代丹丹(1985一)，女，在读硕士，研究方向为CAD／CAM及先进制造技术。电话：15999457420，E—mail：daidandanl105@sina．corn。·1O6·机床与液压第39卷