摘要

風(fēng)能是一種清潔、實(shí)用且經(jīng)濟(jì)的能源，有利于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。風(fēng)能的研究包括風(fēng)力條件、風(fēng)力透平機(jī)技術(shù)、風(fēng)能并網(wǎng)以及離岸風(fēng)力設(shè)備的部署和運(yùn)營(yíng)等。對(duì)非常規(guī)風(fēng)力機(jī)翼型的氣動(dòng)性能分析屬于風(fēng)力透平機(jī)技術(shù)的研究范疇。

本研究的目的是在靠近葉片根部區(qū)域采用鈍尾緣翼型以提高風(fēng)力機(jī)葉片的抗彎強(qiáng)度，并維持相對(duì)較好的氣動(dòng)性能。對(duì)翼型的空氣動(dòng)力學(xué)分析是通過(guò)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）完成的。

本文通過(guò)“逆向法”設(shè)計(jì)得到一組風(fēng)力機(jī)葉片翼型。對(duì)于每個(gè)翼型，隨著攻角變化的升阻力系數(shù)可通過(guò)快速計(jì)算程序XFOIL獲得。對(duì)三個(gè)設(shè)計(jì)翼型進(jìn)行數(shù)值模擬，數(shù)值模擬的程序是希臘可再生能源和儲(chǔ)能研究中心（CRES）開(kāi)發(fā)的自編程序AIRFsst。通過(guò)數(shù)值仿真，可以獲得更準(zhǔn)確的升阻力系數(shù)以及流場(chǎng)速度和壓力的矢量圖。應(yīng)該注意的是，自編程序AIRFsst在對(duì)翼型數(shù)值模擬之前需要驗(yàn)證。驗(yàn)證選用的是加州大學(xué)Davis分校Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的鈍尾緣翼型，將兩者的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比和分析。

研究發(fā)現(xiàn)，采用鈍尾緣翼型是維持相應(yīng)氣動(dòng)性能情況下提高葉片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的有效途徑。本項(xiàng)目同時(shí)設(shè)計(jì)了一系列的風(fēng)力機(jī)翼型，并給出一種簡(jiǎn)單的方法將常規(guī)風(fēng)力機(jī)翼型轉(zhuǎn)化為鈍尾緣翼型，可以為葉片設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：鈍尾緣翼型；計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)；空氣動(dòng)力學(xué)性能；XFOIL；風(fēng)能