风力机翼型气动力的雷诺数修正及其影响分析

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1、第33卷第11期可再生能源Vol.33No.112015年11月RenewableEnergyResourcesNov.2015风力机翼型气动力的雷诺数修正及其影响分析1，22311梁湿，刘雄，张林伟，李成良，张富海（1.中材科技风电叶片股份有限公司，北京100092；2.汕头大学工学院，广东汕头515063；3.北京万源工业有限公司，北京100176）摘要：目前，大型风力机翼型的运行雷诺数已经达到107量级，但高雷诺数下的气动数据普遍欠缺，也缺乏雷诺数效应对叶片的影响评估。文章结合翼型现有测试数据和Xfoil计算结果，以NACA63-421

2、翼型为例，根据较低雷诺数下的气动力数据对较高雷诺数下的气动力数据进行了修正。分析了雷诺数对翼型升阻力特性、升阻比、前缘粗糙敏感性、转捩位置等气动特性的影响。根据翼型雷诺数修正方法对7.0MW风力机叶片翼型气动力进行修正，依据不同雷诺数下修正的气动力数据对叶片进行了气动计算，发现不同雷诺数下叶片的最优运行点会发生改变，影响气动效率和载荷。因此，设计过程中需要充分考虑雷诺数对风力机叶片气动特性的影响。关键词：风力机；翼型；雷诺数；气动特性中图分类号：TK83文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）11-1658-06DOI:10.1

3、3941/j.cnki.21-1469/tk.2015.11.0110前言雷诺数下的测试数据普遍欠缺，且翼型风洞实验翼型是叶片外形构造的基础，其性能对叶片耗费大，周期长，难以快速跟上叶片发展的需要；的气动性能具有重要影响，而雷诺数是影响翼型也不能直接将航空翼型雷诺数的影响来应用于风[1]气动性能的主要参数之一。在水平轴风力机中，力机翼型（主要有以下3方面原因：首先，航空翼叶片是最关键的部件之一，随着风电机组尺寸的型工作马赫数大于0.3，压缩效应不可忽略，而风不断增大，叶片翼型运行雷诺数也不断增大，力机翼型工作马赫数最大仍小于0.3，不需考虑压

4、Ceyhan对20MW级别、长123m叶片的概念设缩效应；其次，风力机翼型是旋转的，因而存在三7[2]计表明叶片运行雷诺数已达2.5×10。此外，风雪维旋转效应；最后，风力机翼型相对厚度比较大，天气条件下，空气的粘性作用和密度变化也会导一般在18%~55%，而航空翼型相对厚度很簿，翼致雷诺数发生很大变化。而风力机翼型表面气流型相对厚度之间的差异也会引起雷诺数影响的不[2]流动状态一般会经历层流、过渡流到湍流的转变，同）。因此，有必要充分评估雷诺数变化对风力即处于第一自模化区与第二自模化区中间，其气机翼型气动特性的影响，以建立不同雷诺数下的动性

5、能受雷诺数变化的影响，在气动性能的预测翼型气动数据库，这一方面能使叶片设计时对其中必须计及与雷诺数的非线性关系。雷诺数的变性能的预估更加精确，另一方面能尽量减小由于化对翼型气动性能的影响可能不尽相同，但通常雷诺数影响引起的叶片载荷计算误差而带来设计会改变翼型边界层的状态，影响翼型表面压力分安全余量不够的风险或材料的浪费。[5]~[7]布，从而导致翼型空气动力特性的变化，带来叶片本文采用翼型设计分析软件Xfoil，结合运行状态的改变。现有测试数据对风力机翼型气动力系数进行雷诺在航空领域，对传统航空翼型在高雷诺数下数修正，根据其实际运行工况计算分

6、析雷诺数对的气动特性已进行了大量实验及计算分析并已应翼型升阻力系数特性、升阻比、前缘粗糙敏感性、[3]，[4]用于设计。而对于风力机翼型而言，目前大多转捩位置等气动特性的影响，最后采用不同雷诺66是3×10雷诺数下的气动测试数据，大于6×10数下的气动数据对同一个风力机叶片进行气动性收稿日期：2015-04-06。基金项目：国家高技术研究发展计划“863”计划（2012AA051302）；国家自然科学基金项目（51276106）；教育部高等学校博士点科研基金项目（20124402110005）；教育部科学技术研究重点项目（212130）。作者

7、简介：梁湿（1987-），男，硕士，工程师，主要从事风能利用研究工作。E-mail：liangshi87@hotmail.com·1658·梁湿，等风力机翼型气动力的雷诺数修正及其影响分析能计算，并对计算结果进行对比分析，指出了雷诺1.5数对风力机气动性能计算的影响。1.01气动力的雷诺数修正LC为了使修正结果更加可靠，首先，通过Xfoil0.5数系计算对应有实验数据较低雷诺数下的气动力系数力0.0升风洞实验数据，Re=3.0×106和需要修正但没有实验数据较高雷诺数下的气动6-0.5Xfoil仿真数据，Re=3.0×10风洞实验数据，Re=

8、6.0×106力系数；其次，对比较低与较高雷诺数下计算的气6Xfoil修正数据，Re=6.0×10-1.0动数据的差值；最后，通过差值来修正有实验数据-10-505