【正文】 湍流度對翼型氣動(dòng)特性也密切相關(guān)。當(dāng)然其影響程度還和雷諾數(shù)、翼型形狀等有關(guān)。 翼型表面的粗糙度對翼型氣動(dòng)特性有直接影響。 2) 粗糙度 翼型表面由于材料、加工能力以及環(huán)境的影響，使表面不可能絕對光滑，而總是凹凸不平。不同的邊界層發(fā)展情況對翼型空氣動(dòng)力特性，特別是阻力特性有較大的影響。隨著雷諾數(shù)增加，升力曲線斜率增加，最大升力系數(shù)增加，失速攻角增加；隨著雷諾數(shù)增加，最小阻力系數(shù)減??；同時(shí)雷諾數(shù)增加，翼型升阻比也增加。這表明風(fēng)力機(jī)翼型通常都不運(yùn)行在敏感的低雷諾數(shù)范圍(一般低于)，在這個(gè)敏感范圍中，入射流湍流的變化、翼型自身的振動(dòng)或翼型表面的粗糙度都會(huì)引起翼型性能的很大變化。尖端速度通常是從45m/s到90m/s，因此水平軸風(fēng)力機(jī)葉片3/4葉展處的切向速度的范圍大概是從34m/s到68m/s。這種影響用翼型和流體組合的雷諾數(shù)來表示。俯仰力矩系數(shù)是翼型的重要?dú)鈩?dòng)參數(shù)之一，計(jì)算全機(jī)的平衡時(shí)必須用到它。俯仰力矩系數(shù)記為Cm，定義式如(23)所示。這一點(diǎn)的理論位置，薄翼型在距前緣1/4弦長處。不論攻角多大，壓力增大，壓力中心前移，壓力中心至氣動(dòng)中心的距離縮短，結(jié)果力乘以力臂的積，即俯仰力矩保持不變。翼型上的分布壓力也可以合成一個(gè)力(升力)和一個(gè)力矩，這個(gè)力矩名為俯仰力矩。當(dāng)攻角增大時(shí)(未出現(xiàn)大分離以前)，不僅上翼面的吸力和下翼面的壓力都增強(qiáng)了，而且吸力峰前移，結(jié)果壓力中心前移。翼型的分布壓力有個(gè)合力(即升力)，這個(gè)合力和翼弦的交點(diǎn)稱為壓力中心。翼型的幾何形狀和作用在翼型上的力如圖23所示。也像壓強(qiáng)通常表示為無量綱的壓強(qiáng)系數(shù)一樣，升力和阻力通常也表示為無量綱的升力系數(shù)Cl和阻力系數(shù)Cd，二者定義如下： (21) (22) 式中的L和D分別代表升力和阻力，單位為N；來流動(dòng)壓頭為1/2 ρV2，單位是N / m2，c是弦長，單位是m；b是垂直于紙面的尺寸，單位是m， ρ為空氣密度。表面力有兩種，一種是法向力，即壓力；一種是切向力，即摩擦力。有的翼型尾緣是平的，則用尾緣厚度表示。 6) 尾緣半徑和尾緣角翼型尾緣點(diǎn)B的內(nèi)切圓半徑稱為翼型尾緣半徑。稱為最大相對彎度，xf為最大彎度位置，其無因次量為。只有對稱翼型時(shí)中弧線與翼弦重合。通常，翼型的相對厚度即指最大相對厚度，以t表示。厚度隨x的變化稱厚度分布，以t(x)表示: 當(dāng)時(shí)，稱最大厚度。這樣在x軸上方的弧線稱為上翼面(以表示)，下方的弧線稱為下翼面(以表示)。 3) 厚度和厚度分布在計(jì)算翼型時(shí)通常采用如圖22所示的直角坐標(biāo)，x軸與翼弦重合，y軸過前緣點(diǎn)。 2) 前緣半徑和前緣角 翼型前緣點(diǎn)的內(nèi)切圓半徑稱為翼型前緣半徑，亞音速翼型前緣是圓的，超音速翼型前緣是尖的。當(dāng)氣流方向與氣動(dòng)弦一致時(shí)，作用在翼型上的升力為零，如圖21所示。通常，翼型外形由下列幾何參數(shù)決定[20]:1) 翼弦BO氣動(dòng)弦?guī)缀蜗?圖21翼型的氣動(dòng)弦與幾何弦 翼型前緣點(diǎn)O與尾緣點(diǎn)B之間的連線稱翼弦，翼弦OB的長度稱作弦長，以C表示，它是翼型的基準(zhǔn)長度，也稱為幾何弦。在得到模擬結(jié)果后,對不同攻角下模擬所得到的速度矢量圖進(jìn)行比較分析，得出風(fēng)機(jī)翼型邊界層分離和攻角的關(guān)系。本文將利用FLUENT軟件對風(fēng)機(jī)翼型葉片進(jìn)行二維的數(shù)值模擬，研究空氣以不同的方向流入翼型葉片入口所造成的流動(dòng)分離。數(shù)字仿真能比真實(shí)實(shí)驗(yàn)提供更多結(jié)果，而且可以用于核實(shí)和完善實(shí)驗(yàn)結(jié)論[19]，可深化了解風(fēng)機(jī)翼型的氣動(dòng)性能，對不同沖角下的流動(dòng)情況進(jìn)行詳細(xì)的研究，找出沖角與分離點(diǎn)位置的關(guān)系，為風(fēng)機(jī)葉片翼型選型和葉片翼型改型設(shè)計(jì)和研發(fā)工作提供技術(shù)參數(shù)和指導(dǎo)意見。2009年重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的陳進(jìn)，張曉，王旭東[18]對某翼型擾流流動(dòng)建立了二維可壓縮湍流模型，利用商業(yè)軟件 FLUENT對翼型不同來流攻角下的氣動(dòng)特性進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值模擬計(jì)算。計(jì)算中采用了標(biāo)準(zhǔn)kε湍流模型與非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。利用FLUENT有限元軟件能很好地模擬離心風(fēng)機(jī)流場，計(jì)算出風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)，可以節(jié)約成本，減短設(shè)計(jì)周期，并且能得到極具實(shí)際指導(dǎo)意義的結(jié)論?，F(xiàn)有翼型的表達(dá)都是通過離散的點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的，并不存在函數(shù)的具體表達(dá)形式。2008年西華大學(xué)風(fēng)電技術(shù)研究所的毛金鐸，張禮達(dá)[16]應(yīng)用USED流體力學(xué)軟件對風(fēng)力機(jī)葉片常用翼型THAThow211進(jìn)行數(shù)值分析，得出了其升力系數(shù)、阻力系數(shù)、升阻比以及翼型表面壓力隨來流攻角變化關(guān)系，并依據(jù)計(jì)算結(jié)果對FFAw3211 翼型的氣動(dòng)性能進(jìn)行分析。應(yīng)用牛頓拉普森迭代法對來流角進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)結(jié)果再計(jì)算葉片截面的升力、推力、切向力、功率等氣動(dòng)參數(shù)，提出一種風(fēng)力機(jī)葉片翼型氣動(dòng)性能的計(jì)算和校核設(shè)計(jì)方法。開發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的風(fēng)機(jī)翼型系列，研制我國新型高效的風(fēng)機(jī)葉片，對促進(jìn)我國風(fēng)機(jī)事業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要[13]。我國對風(fēng)機(jī)翼型的研究主要在于測繪和仿制上，并且僅限于進(jìn)行一些風(fēng)機(jī)試驗(yàn)，由于商業(yè)因素和技術(shù)保密等原因，我們不容易得到國外風(fēng)機(jī)專用翼型相關(guān)的氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)的葉片多采用固定的翼型，但由于應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用目的不同，風(fēng)機(jī)翼型的葉片并不能高效地進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。2001年，山西原平化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司的劉天靈，咸高創(chuàng)[11]就通過對風(fēng)機(jī)的軸受力進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算分析，知道了該廠風(fēng)機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)故障的原因。但是，據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)的電能利用率超過50%％，而電能利用率超過60%的只有36%，如果將風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率提高10%，全國就可以節(jié)電150億千瓦時(shí)了[10]。但中國仍有多種低效舊風(fēng)機(jī)需要更新?lián)Q代，新推廣的風(fēng)機(jī)也有待于進(jìn)一步完善。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢我國風(fēng)機(jī)擁有量約230萬臺(tái)以上，年耗電量約占全部發(fā)電量的10%左右，因此風(fēng)機(jī)的節(jié)電有著十分重要的意義。翼型的氣動(dòng)性能參數(shù)的確定是風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，通過實(shí)驗(yàn)來獲取風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)所需翼型的所有性能參數(shù)將要花費(fèi)太多的人力和時(shí)間，因此翼型數(shù)值模擬準(zhǔn)確性成為了風(fēng)機(jī)葉片的設(shè)計(jì)的重要課題[8]。離心風(fēng)機(jī)是通過降低二次流渦，渦舌和噴氣攻角造成的能量損失來改善風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能的[7]，葉輪葉片的氣動(dòng)性能是決定風(fēng)機(jī)性能優(yōu)劣的主要因素，而葉輪葉片的剖面形狀(翼型)又是決定風(fēng)機(jī)性能的關(guān)鍵因素。風(fēng)機(jī)的流動(dòng)損失不僅僅影響到風(fēng)機(jī)的效率，在流動(dòng)損失過大時(shí)，它還會(huì)影響到風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行，引發(fā)事故，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。由于氣體進(jìn)入葉片入口時(shí)存在著沖擊速度，使氣體在風(fēng)機(jī)葉片的吸力面上形成旋渦，造成邊界層分離現(xiàn)象而會(huì)導(dǎo)致能量損失[4]。流動(dòng)分離產(chǎn)生的沖擊會(huì)造成流動(dòng)損失。氣體流經(jīng)風(fēng)機(jī)時(shí)的損失，按其能量損失的形式不同可分為三種：機(jī)械損失、容積損失和流動(dòng)損失[3]。 氣體經(jīng)過風(fēng)機(jī)葉輪后能夠獲得相應(yīng)的動(dòng)能，但是，由于結(jié)構(gòu)、工藝及流體黏性的影響，氣體流經(jīng)風(fēng)機(jī)時(shí)不可避免地要產(chǎn)生各種能量損失，而使其實(shí)際可利用的能量降低。尤其是在電站，隨著機(jī)組向大容量、高轉(zhuǎn)速、高效率、自動(dòng)化方向的發(fā)展，電站也對風(fēng)機(jī)的安全可靠性提出了越來越高的要求，鍋爐風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中常發(fā)生燒壞電機(jī)、竄軸、葉輪飛車、軸承損壞等事故，嚴(yán)重危害設(shè)備、人身安全，也給電廠造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[2]。葉片將施加于軸上旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，轉(zhuǎn)變?yōu)橥苿?dòng)氣體流動(dòng)的壓力，從而實(shí)現(xiàn)氣體的流動(dòng)。 Angle of Attack目 錄摘要 IAbstract II1 緒論 1 研究背景及意義 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢 2 研究方法及主要內(nèi)容 32 翼型基本知識 4 幾何參數(shù) 4 氣動(dòng)特性 5 影響氣動(dòng)特性的主要因素 63 數(shù)值模擬理論 8 邊界條件的確定 8 kε模型 84 數(shù)值模擬結(jié)果及分析 10 利用GAMBIT建立計(jì)算模型 10 利用FLUENT進(jìn)行模擬計(jì)算 11 模擬結(jié)果分析 15 對攻角為36176。 Boundary layer separation。 to 8176。的空氣來流攻角下的氣動(dòng)特性進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值模擬計(jì)算