S801翼型在不同腐蝕深度下的氣動性能

徐飛 王龍

摘 要

本文通過數(shù)值模擬的方法，在前緣不同腐蝕深度的情況下，研究S801翼型的氣動性能。結(jié)果表明：在低攻角下，隨著翼型前緣腐蝕深度的增加，翼型的升力系數(shù)計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值比較吻合。在高攻角時(shí)，由于失速現(xiàn)象的產(chǎn)生，隨著腐蝕深度的加深，計(jì)算結(jié)果明顯小于實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

關(guān)鍵詞

S801翼型;腐蝕;氣動性能

中圖分類號： TM315 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.068

Abstract

In this paper，the aerodynamic performance of the S801 airfoil is studied by numerical simulations under different corrosion depths of the leading edge.The results show that at low attack angles，as the leading edge corrosion depth of the airfoil increases，the calculated lift coefficient of the airfoil is in good agreement with the experimental value.At high angles of attack，due to the stall phenomenon，the calculation results are significantly smaller than the experimental results as the corrosion depth deepens.

Key Words

S801 airfoil;Corrosion;Aerodynamic performance

0 前言

我國風(fēng)能資源豐富，近些風(fēng)電產(chǎn)業(yè)也得到了迅速的發(fā)展[1]，在使用過程中發(fā)現(xiàn)葉片表面會受到不同程度的腐蝕或損壞，所以，研究腐蝕狀態(tài)下的風(fēng)機(jī)發(fā)電效率很重要。

Sareen[2]對DU96-W-180風(fēng)力機(jī)翼型進(jìn)行了測試，通過改變前緣翼型的腐蝕類型，結(jié)果表明前緣腐蝕可導(dǎo)致機(jī)翼性能顯著下降，阻力大幅度增加，這對風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電量有很大影響。Soltani[3]在660kW風(fēng)力機(jī)葉片上做了一系列低速風(fēng)洞測試，通過對不同粗糙度下翼型的氣動性能研究，發(fā)現(xiàn)翼型對表面腐蝕非常敏感，與光滑翼型相比，粗糙化翼型的最大升力系數(shù)隨雷諾數(shù)增加。焦靈燕[4]針對不同的粗糙度情況，以幾種常見的風(fēng)力機(jī)葉片為研究對象，研究了風(fēng)力機(jī)翼型前緣腐蝕對其氣動性能的影響，結(jié)果表明翼型升力系數(shù)對距離尾緣10%處的粗糙度較敏感，粗糙度造成翼型阻力系數(shù)增大及升阻比降低。

本文基于CFD數(shù)值模擬，以S801翼型為研究對象，通過改變翼型前緣腐蝕程度，來探究前緣腐蝕程度對翼型氣動性能的影響，為維護(hù)風(fēng)力機(jī)葉片及葉片設(shè)計(jì)提供一定的理論依據(jù)。

1 研究方法

通過對弦長為1m的S801翼型前緣進(jìn)行改型，得到三種不同深度的翼型，圖1給出了具體的腐蝕模型。圖2為整體網(wǎng)格劃分情況。

2 計(jì)算結(jié)果與分析

如圖3所示，通過改變翼型攻角，探究在不同腐蝕程度下，翼型攻角與升力系數(shù)的變化規(guī)律（圖中001、002、003分別為翼型前緣腐蝕深度，001為10mm，002為20mm，003為30mm），通過對比發(fā)現(xiàn)，低攻角下，隨著腐蝕程度加深，翼型升力系數(shù)低于實(shí)驗(yàn)值，30mm變化最明顯，在高攻角時(shí)，30mm腐蝕下升力系數(shù)下降很多，而在20mm腐蝕下升力系數(shù)卻略微的升高，10mm腐蝕變化不太明顯。

如圖4所示，可以發(fā)現(xiàn)，腐蝕深度為30mm，翼型表面流動分離最嚴(yán)重，翼型失速現(xiàn)象比較明顯，對翼型的氣動性能影響也較大。

3 結(jié)論

當(dāng)攻角大于8°后，在腐蝕深度為10mm和20mm時(shí)，吸力面負(fù)壓面積較大，而在腐蝕深度為30mm時(shí)，吸力面負(fù)壓區(qū)較少。通過對比計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在高攻角下，前緣腐蝕加深對翼型的氣動性能很敏感。

參考文獻(xiàn)

[1]王民浩，陳觀福. 我國風(fēng)力發(fā)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)[J].水力發(fā)電（11）：88-91.

[2]Sareen A，Sapre C A，Selig M S.Effects of leading edge erosion on wind turbine blade performance[J].Wind Energy，2014，17（10）：1531-1542.

[3]Soltani M R，Birjandi A H，Moorani M S.Effect of surface contamination on the performance of a section of a wind turbine blade[J].scientia iranica，2011，18（3）：349-357.

[4]焦靈燕.翼型及粗糙度對風(fēng)力機(jī)葉片氣動性能影響的初探[D].內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 2015.