大型风力机分裂叶尖流动控制问题研究

为了有效提高大型水平轴风力机的空气动力效能，本项目拟利用数值计算、理论分析和风洞实验等方法对风力机叶片分裂叶尖布局进行综合研究。针对分裂叶尖对于风力机叶片流动的控制特性与机理、叶尖涡系的复杂空间结构、涡系与叶片相互作用对流动控制的影响等问题，项目组拟分别对有分裂叶尖的风力机叶片绕流的模拟与验证、叶尖涡系的结构与控制机理的关系以及气动布局数据库建设等内容展开研究。通过上述研究，本项目结合风力机气动分析、数值计算和低速风洞试验等方面的技术力量，力图获得关于分裂叶尖在大型水平轴风力机叶片上的流场细节信息、阐述叶尖涡系在尾流中的结构和复杂发展过程，揭示该布局在叶尖旋转流动中的控制机理，完整解释此布局在风力机叶片流动中增升减阻的效果。

课题围绕大型水平轴风力发电机叶片的空气动力特性与风能输出效能，利用数值计算、理论分析和气动实验等方法对给定风力机叶片分裂叶尖布局的气动特性进行了综合研究。课题组利用数值模拟方法针对风力机的不同叶尖形式对叶片能量输出的影响、分裂叶尖对于风力机叶片流动的控制特性与机理、叶尖涡系的复杂空间结构、涡系与叶片相互作用对流动控制的影响等问题分别进行了预测研究，对其中重点相关内容进行了缩比实验验证，并在此基础上进行了叶尖气动布局数据库和分析与实验平台的建设。项目利用同期开发的叶片快速气动分析算法和高效遗传算法实现了叶尖几何外形的多目标全局优化，并获得了满足给定约束条件的最优解集。.. 通过上述研究，本项目结合风力机气动分析、数值计算和低速风洞试验等方面的技术力量，获得了分裂叶尖在大型水平轴风力机叶片上的流场细节信息、清楚的描述了叶尖涡系在尾流中的结构和复杂发展过程，揭示该布局在叶尖旋转流动中的控制机理，比较完整地解释此布局在风力机叶片流动中增效作用，对于大型风力机叶尖几何布局的设计具有积极的指导意义。