对大气边界层内传统叶片（NACA4418）及马格努斯型Chiral叶片的性能研究

发布时间：2024-02-16 00:41

　　目前,大多数水平轴风力机是依据水平均匀来流的假设来设计的。然而,当大规模水平轴风力机置于几百米高的大气层时这样的假设是不太合理的。由于地面粘度和地形粗糙度的存在,靠近地面的大气边界层处存在较大的风力梯度,该梯度作用于叶片上将产生叶片的转矩和俯仰力矩的变化,从而导致输出功率的减少。本文提出了一种基于马格努斯效应的风能叶片的新构型——Chiral叶片,目的是研究Chiral叶片在大气边界层内产生升力以及提高输出功率的可能性。在整个研究中,NACA4418将被选择作为传统叶片的参考模型,Chiral叶片将被简化为自旋的圆筒。该研究将包括两个独立的部分:(1)量化由于在大气边界层内部使用传统叶片而产生功率损失的比例,(2)估量当以Chiral叶片代替传统叶片的增益效率。首先,本文应用叶片微元动量理论(blade element momentum,BEM)建立叶片气动性能计算模型,基于该模型编制Python语言程序设计出传统叶片几何模型,再利用EXCEL计算大气边界层内传统叶片的功率损失,然后通过假定每个传统叶片叶素可工作在最佳升力状态,我们设计出一种等效的优化叶片(Chiral叶片)并与之前的...

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 课题研究目的及意义
    1.2 马格努斯效应的研究发展
    1.3 马格努斯风力机的研究发展
    1.4 本文的主要研究内容
2 流体力学的基本理论
    2.1 综述大气边界层和垂直风梯度
    2.2 空气动力学基础
    2.3 本章小结
3 基于叶片微元动量（BEM）理论的初步分析
    3.1 传统翼型叶片的叶片微元动量理论
    3.2 Chiral叶片的叶片微元动量理论
    3.3 叶片微元动量理论在传统叶片和Chiral叶片上的应用
    3.4 本章小结
4 二维翼型流场的数值模拟
    4.1 数值模拟过程
    4.2 翼型NACA4418的计算
    4.3 Chiral叶片的横截面的数值模拟
    4.4 计算结果的比较
    4.5 本章小结
5 三维叶片的流场数值模拟
    5.1 基于NACA4418翼型的传统叶片的计算
    5.2 Chiral叶片的计算
    5.3 计算结果的比较
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 研究工作总结
    6.2 课题展望
致谢
参考文献
附录 攻读硕士学位期间参与的科研项目与发表论文



本文编号：3900521