垂直轴翼型气动特性与变桨力矩影响机制研究OA

针对大容量垂直轴风力机旋转过程中的强非定常动态失速问题,以及翼型气动选型与变桨系统设计之间缺乏匹配准则的工程需求,本文开展了翼型气动特性及变桨轴心位置对变桨力矩的影响规律研究。采用考虑转捩的Transition SST四方程湍流模型与滑移网格技术,建立兆瓦级H形双叶片垂直轴风力机高精度非定常数值计算模型,并采用高雷诺数斜坡型俯仰动态失速经典实验数据验证了方法的可靠性。针对NACA0021、S1046、DU2503款典型翼型,系统分析了设计尖速比λ=6工况下的气动性能,以及7组弦向、2组径向偏移变桨位置对应的变桨力矩全周期特性。结果表明:非对称翼型DU250风能捕获效率最优,功率系数(CP)达0.410,较NACA0021提升6.77%,但其扭矩与变桨力矩幅值最大;S1046翼型可实现发电效率与载荷稳定性的最优平衡;0.25倍弦长位置为变桨转轴最优理论设计位置,可显著降低变桨力矩幅值与波动,径向偏移会显著放大变桨力矩。本文研究揭示了翼型几何特征对垂直轴风力机气动性能的影响机理,量化了变桨位置与变桨力矩的映射关系,可为大容量变桨型垂直轴风力机在设计尖速比附近的气动优化设计提供理论支撑。