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關(guān)鍵詞：粗糙帶；風(fēng)力機(jī)；翼型；風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)
中圖分類號(hào)：S213 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
Selection and Research on Transition Tape in Wind-Turbine Airfoil Section Wind Tunnel Experiment
Abstract：Due to the limitation of model demension and experimental speed, the experimental Reynolds number in the low speed wind tunnel is usually less than the practical value of airfoil section of wind turbine. This will make the transition location difference between experimental and actual situation. For the purpose of simulating real condition, fixed transition performed with transition tape is often adopted in wind tunnel experiments. Practice shows that the types and parameters of transition tape have an important impact on the experimental results. It needs to be chosen very carefully. In addition, because the wind turbine blade operated in the field for long time, contaminations accumulate on it and increase its surface roughness. This contamination has a great role on the rotor performance; the impact of it has not been well studied. This paper gives a summary of wind tunnel test results and discusses the actions of four types of transition tape of ZZ,ZZT,T and H, and additional effects on the wind turbine airfoil section. The results show that ZZT-type has well transition effect with the least additional drag and H-type has a better simulation for the impact of the insect compacts in the wind turbine blade airfoil experiment.
Key words: transition tape; wind-turbine; airfoil section; wind tunnel experiment
0 引言
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和能源需求的日益增大，環(huán)境保護(hù)問題也迫在眉睫，風(fēng)能作為一種潔凈的可再生環(huán)保能源以其獨(dú)特的優(yōu)越性越來越受到社會(huì)的重視[1-3] 。風(fēng)力機(jī)發(fā)電是利用風(fēng)能的主要形式，葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)吸收風(fēng)能的重要部件，而翼型又是葉片設(shè)計(jì)的最基本要素。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪葉片使用的翼型，其雷諾數(shù)通常在1×106～6×106之間。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)[4-5]和數(shù)值模擬[6-8]是評(píng)估翼型氣動(dòng)性能的兩種手段，然而由于模型尺寸與實(shí)驗(yàn)風(fēng)速的限制，低速翼型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)雷諾數(shù)通常不能覆蓋所有雷諾數(shù)范圍，雷諾數(shù)導(dǎo)致翼型表面轉(zhuǎn)捩位置不同，翼型表面流動(dòng)情況與實(shí)際情況不相符，層流范圍、湍流范圍、分離點(diǎn)的位置、壓力分布及翼型的升力、阻力和力矩特性都與真實(shí)情況存在一定差異。為了盡量真實(shí)的模擬實(shí)際流動(dòng)，采取在翼型前緣粘貼粗糙帶進(jìn)行固定轉(zhuǎn)捩實(shí)驗(yàn)的方法。
另外，由于制造過程、表面老化、昆蟲尸體堆積、風(fēng)吹雨打和表面結(jié)冰等原因，商業(yè)運(yùn)用的風(fēng)力機(jī)葉片前緣實(shí)際上有一定的粗糙度。在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)其準(zhǔn)確的模擬比較困難，通常的方法也是在翼型前緣布置粗糙帶。
粗糙帶是一種人為粘貼在模型表面上的粗糙元，以固定邊界層由層流狀態(tài)到湍流的轉(zhuǎn)捩位置，其基本的要求是引起轉(zhuǎn)捩的同時(shí)附加的影響盡量小，二維翼型實(shí)驗(yàn)中，要求粗糙帶的寬度盡量小，粗糙元分布盡量均勻，粗糙帶粘貼牢固，且容易重復(fù)，易于去掉及不損壞模型[6] 。
粗糙帶的形式多種多樣，對(duì)于粗糙元的高度、密度也有著一般的計(jì)算方法與選擇要求。大量實(shí)踐表明，粗糙帶的種類及其參數(shù)對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果有著重要的影響，需要非常仔細(xì)地進(jìn)行選擇 [9-15] 。
ZZR和ZZT型由于基底為鋸齒形，沿展向粘貼時(shí)粗糙帶的形狀不易精確保證，容易導(dǎo)致不同期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)性較差。T和H型為NF-3風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室自己研制的形式，其基底不易變形，加工和粘貼簡便，相信可以減少由于粗糙帶引起的不同期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的差異。本文主要研究T型和H型粗糙帶與ZZR和ZZT型的差異，以及探討不同形式粗糙帶對(duì)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中昆蟲尸體在翼型表面堆積影響的模擬，試圖對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型實(shí)驗(yàn)中粗糙帶的選擇提出參考建議。
1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c實(shí)驗(yàn)設(shè)備
1.1 風(fēng)洞
實(shí)驗(yàn)是在西北工業(yè)大學(xué)NF-3 低速直流風(fēng)洞二元實(shí)驗(yàn)段進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)段長8.0m，寬3.0m，高1.6m，湍流度低于0.045% , 風(fēng)速范圍10~130m/s，翼型實(shí)驗(yàn)最大雷諾數(shù)為7.0×106。
1.2 翼型模型
模型為DU93-210翼型，相對(duì)厚度為21%。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖议L800mm，展長1 590mm，采用鋼芯木質(zhì)結(jié)構(gòu)。在模型翼展中央上下翼面沿弦向共布置94個(gè)測(cè)壓孔，用于測(cè)量翼型表面壓力分布。
1.3 粗糙帶
實(shí)驗(yàn)分別選用ZZR、ZZT、T和H四種型式的粗糙帶，粗糙帶中心線置于翼型上表面前緣5%弦長處，見圖1~圖4。
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因此，可以得到的基本結(jié)論是：在模擬蟲子尸體堆積對(duì)翼型性能影響方面，H型粗糙帶優(yōu)于其他三種形式。
3 結(jié)論
在本文的研究范圍內(nèi)，針對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，要模擬轉(zhuǎn)捩位置，最好選用ZZR型粗糙帶，欲模擬自然界污染造成的影響，則選擇H型粗糙帶比較適合。
參 考 文 獻(xiàn)
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