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大型风力机翼型气动性能优化研究

摘要第4-7页
ABSTRACT第7-9页
主要符号说明第13-15页
1 绪论第15-31页
    1.1 引言第15-17页
    1.2 研究背景第17-18页
    1.3 国内外研究现状第18-27页
        1.3.1 风力机翼型研究第18-27页
            1.3.1.1 雷诺数对翼型性能的影响研究第19页
            1.3.1.2 表面粗糙度对翼型性能影响研究第19-21页
            1.3.1.3 来流湍流度对翼型性能影响研究第21页
            1.3.1.4 流动转捩对翼型性能影响研究第21-23页
            1.3.1.5 翼型动态失速研究第23-24页
            1.3.1.6 风力机翼型设计研究第24-25页
            1.3.1.7 钝尾缘翼型研究第25-27页
    1.4 研究目的和意义第27页
        1.4.1 研究目的第27页
        1.4.2 研究意义第27页
    1.5 本文研究内容第27-29页
    1.6 本文创新点第29-31页
2 钝尾缘翼型静态气动性能研究第31-56页
    2.1 引言第31-32页
    2.2 翼型几何和气动性能参数第32-33页
        2.2.1 翼型几何参数第32页
        2.2.2 翼型气动性能参数第32-33页
    2.3 研究对象和方法第33-41页
        2.3.1 研究对象第33页
        2.3.2 翼型尾缘加厚方法第33-37页
            2.3.2.1 尾缘加厚后翼型表面曲率连续性研究第34-37页
        2.3.3 CFD数值计算方法第37-41页
            2.3.3.1 流动控制方程第37页
            2.3.3.2 湍流模型和转捩模型第37-39页
            2.3.3.3 数值模拟方法与网格独立性分析第39-41页
    2.4 定常计算结果分析第41-49页
        2.4.1 数值计算方法精度验证第41-43页
        2.4.2 钝尾缘翼型定常气动性能分析第43-49页
            2.4.2.1 钝尾缘翼型定常升阻力系数分析第43-48页
            2.4.2.2 钝尾缘翼型表面压力系数分布分析第48-49页
    2.5 非定常计算结果分析第49-54页
        2.5.1 非定常升阻力系数分析第49-50页
        2.5.2 旋涡运动分析第50-53页
        2.5.3 定常和非定常结果比较第53-54页
    2.6 本章小结第54-56页
3 翼型三维旋转特性研究第56-73页
    3.1 引言第56页
    3.2 确定旋转翼型攻角、升阻力系数的方法第56-57页
        3.2.1 确定旋转翼型的攻角第56-57页
        3.2.2 确定旋转翼型的升阻力系数第57页
    3.3 翼型数据三维修正模型第57-59页
    3.4 MEXICO风力机翼型三维旋转特性第59-70页
        3.4.1 MEXICO试验第59-60页
        3.4.2 计算方法第60页
        3.4.3 计算结果分析第60-70页
            3.4.3.1 叶片表面压力系数分析第60-64页
            3.4.3.2 流动特性分析第64-68页
            3.4.3.3 旋转状态下翼型特性第68-70页
    3.5 钝尾缘翼型三维旋转特性第70-72页
    3.6 本章小结第72-73页
4 可压缩性对风力机专用翼型性能影响第73-96页
    4.1 引言第73页
    4.2 风力机专用翼型风洞试验研究第73-74页
        4.2.1 翼型模型和试验装置第73-74页
        4.2.2 测试数据处理第74页
    4.3 考虑可压缩性的风洞洞壁效应修正研究第74-76页
    4.4 可压缩性对翼型气动性能计算的影响第76-93页
        4.4.1 可压缩修正方法第77页
        4.4.2 数值计算工具及设置第77-78页
        4.4.3 结果分析第78-93页
            4.4.3.1 FLUENT可压缩流动计算精度验证第78-82页
            4.4.3.2 不同可压缩性修正方法验证第82-84页
            4.4.3.3 XFOIL和Q~3UIC对可压和不可压翼型特性计算精度验证第84-91页
            4.4.3.4 可压和不可压结果对比第91-93页
    4.5 马赫数对翼型气动性能影响研究第93-94页
    4.6 本章小结第94-96页
5 风力机专用翼型设计优化研究第96-116页
    5.1 引言第96页
    5.2 风力机翼型设计要求第96-97页
    5.3 二维翼型功率系数计算第97-99页
    5.4 翼型几何形状描述方法第99-100页
    5.5 翼型族设计优化模型第100-103页
        5.5.1 目标函数第100-101页
        5.5.2 设计变量第101-102页
        5.5.3 约束条件第102页
        5.5.4 设计优化流程第102-103页
    5.6 WTA翼型系列第103-114页
        5.6.1 WTA系列翼型设计参数第103页
        5.6.2 WTA系列翼型气动性能分析第103-108页
        5.6.3 WTA系列翼型和现有翼型性能对比分析第108-114页
    5.7 本章小结第114-116页
6 大型风力机叶片气动外形设计和气弹性能分析第116-153页
    6.1 引言第116页
    6.2 非定常叶素动量模型第116-124页
        6.2.1 动态尾流模型第120-121页
        6.2.2 动态失速第121-122页
        6.2.3 偏航模型第122-123页
        6.2.4 风模型第123-124页
    6.3 风力机叶片的梁理论第124-130页
        6.3.1 位移和弯矩第124-126页
        6.3.2 确定弯矩和位移的数值计算方法第126-127页
        6.3.3 估算一阶挥舞、一阶摆振和二阶挥舞特征模态的方法第127-130页
    6.4 风力机的动态结构模型第130-135页
        6.4.1 广义力向量第130-131页
        6.4.2 质量矩阵第131-133页
        6.4.3 刚度矩阵第133页
        6.4.4 运动方程的积分求解第133-135页
    6.5 风力机气弹计算软件第135-136页
    6.6 叶片气动外形设计第136-142页
        6.6.1 叶片气动外形设计方法第138-142页
    6.7 风力机气弹性能分析第142-151页
        6.7.1 参考风力机气弹性能分析第143-148页
            6.7.1.1 叶片特征模态分析第143页
            6.7.1.2 叶片变形特性分析第143-148页
        6.7.2 替换翼型后风力机气弹性能分析第148-151页
            6.7.2.1 替换翼型后叶片在不同偏航下变形特性分析第148-149页
            6.7.2.2 替换翼型前后叶片变形特性比较第149-151页
    6.8 本章小结第151-153页
7 结论与展望第153-156页
    7.1 结论第153-154页
    7.2 展望第154-156页
参考文献第156-163页
附录第163-166页
    A 作者在攻读学位期间发表的论文目录第163-164页
    B 作者在攻读学位期间申请的软件著作权第164-165页
    C 作者在攻读学位期间所主持和参与的科研项目第165-166页
致谢第166-167页

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