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风力机单机容量大型化和运行环境多样化的发展,突显了叶片流动的多尺度影响因素,使得翼型流动条件更具多样性和不确定性。因此,对翼型优化设计理论和风力机叶片“高气动、低噪声”性能研究构成严峻挑战。本文基于MW级风力机翼型的复杂性能需求,围绕通过改变翼型几何参数实现翼型优化,以改善风力机叶片“高气动、低噪声”性能的问题展开如下研究: 首先,根据现阶段风力机大型化和运行环境多样化,带来的翼型流动条件不确定性和对复杂性能需求,提出通过改变翼型几何特征参数,实现翼型改型优化的研究方法,并通过翼型理论证明该思路的可行性。同时,以MW级风力机叶片的设计需求为客观依据,建立以翼型性能参数项、几何特征参数项和权重系数项为参数体系,以加权计算为计算方法的风力机翼型性能评估方法体系,为翼型改型优化提供合理方法。以DU25翼型为例,通过用Profili软件改型翼型,用FLUENT数值模拟进行翼型改型优化试验,同时分析翼型气动性能,进一步说明风力机翼型改型优化的详细步棸。 其次,风力机翼型性能以“高气动、低噪声”为目标,本文对翼型改型优化目的也是提高其综合性能,所以在分析翼型气动性能基础上,对优化前后翼型进行气动噪声研究。通过声学基本理论,指出噪声度量指标及影响因素,并研究噪声产生机理,在翼型前缘、上下翼面、尾缘均匀布置噪声监测点,采用LES/FW-H相结合的方法计算气动噪声,分析气动噪声来源。 最后,翼型优化的最终目标是:建立风力机叶片,改善叶片性能。因此,在对二维翼型改型优化基础上,运用Wilson理论,采用优化前后翼型分别建立1.5MW三维风力机叶片模型,采用FLUENT对叶片进行气动性能和噪声分析,得到叶片静压云图、速度云图及声压频谱图;并选取叶片不同展向位置翼型截面分析各截面绕流情况,得到压力云图和速度流线图;同时根据叶片的受力和转矩计算叶片风能利用率。 综上所述,在翼型改型优化过程中,同时考虑影响翼型性能因素之间的矛盾和叶片不同展向位置对翼型性能的侧重点,用优化翼型构建风力机叶片可改善其综合性能。