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1、内蒙古科技大学本科毕业设计(论文)内蒙古科技大学继续教育学院毕业设计（论文）任务书专业 热能动力设备与运用 班级 热 动 专 2010学号 1036320656 姓名 牛 换 毕业设计（论文）题目风机翼型边界层分离的二维数值模拟研究设计期限：自 年 月 日 至 年 月 日指导老师： 系 主 任： 年 月 日内蒙古科技大学本科毕业设计(论文)内蒙古科技大学继续教育学院毕业设计（论文）说明书风机翼型边界层分离的二维数值模拟研究摘要当风机工作时，气体流道的几何形状改变会使流体运动速度的大小和方向发生改变，从而产生流动分离。流动分离产生的冲击会造成流动损失。流体运动速度的大小和方向的改变，也会使得气体
2、在进入叶片入口和从叶轮出来进入压出室时，流动角不等于叶片的安装角，从而产生冲击损失，影响风机的效率和性能。由于气体进入叶片入口时存在着冲击速度，使气体在风机叶片的吸力面上形成旋涡，造成边界层分离现象而会导致能量损失。针对G4-73 风机翼型，利用商业软件 FLUENT 的前期处理工具 Gambit 建立二维不可压缩湍流模型，再利用 FLUENT 对翼型在-36到 8的空气来流攻角下的气动特性进行了相应的数值模拟计算，然后，对不同攻角下模拟所得到的速度矢量图进行比较分析，得出风机翼型边界层分离和攻角的关系。关键词：风机翼型；边界层；数值模拟；攻角内蒙古科技大学本科毕业设计(论文)THE 2D N
3、UMERICAL SIMULATION OF THE BOUNDARY LAYER SEPARATION ON A WIND TURBINE AIRFOILAbstractWhen the fan working, the gas flow channel geometry will change，which makes the fluid velocity magnitude and direction change resulting flow separation.The flow separation will cause the flow loss.The change of the
4、 fluid velocity magnitude and direction makes the flow angle be not equal to the installation angle when the gas is going into the impeller from the entrance and out from the impeller,resulting in shock loss.The shock loss will affect the efficiency and performance of fans.When the gas with impact s
5、peed imported into the entrance of impeller, it will bring about the vortex on the suction side.This is the reason leading to boundary layer separation.With the help of Gambit， a processing tool of FLUENT software，a incompressible turbulence model of a kind of wind turbine airfoil was built. Of cour
6、se，the specific airfoil of this study is G4-73. Under the different Angle of Attack，the aerodynamic performance of 2D aerofoil of wind turbine airfoil was simulated and analyzed by using the FLUENT software. The AoA of this study was changed from -36 to 8. Then compare the speed vector diagrams obta
7、ined via the FLUENT software and find out the relation between the boundary layer separation on the wind turbine airfoil and the Angle of Attack.Keywords: Wind turbine airfoil; Boundary layer separation; Numerical simulation;Angle of Attack内蒙古科技大学本科毕业设计(论文)目 录摘要 .IAbstract .II1 绪论 .11.1 研究背景及意义 .11.
8、2 国内外研究现状和趋势 .21.3 研究方法及主要内容 .32 翼型基本知识 .42.1 几何参数 .42.2 气动特性 .52.3 影响气动特性的主要因素 .63 数值模拟理论 .83.1 边界条件的确定 .83.2 k- 模型 .84 数值模拟结果及分析 .104.1 利用 GAMBIT 建立计算模型 .104.2 利用 FLUENT 进行模拟计算 .114.3 模拟结果分析 .154.3.1 对攻角为-36时的模拟结果分析 .154.3.2 对不同的攻角时的模拟结果分析 .174.3.3 对相同大小的正负攻角的模拟结果进行分析 .19结论 .23参考文献 .24致谢 .2601 绪 论
9、1.1 研 究 背 景 及 意 义风机是一种装有多个叶片的通过轴旋转推动气流的机械。叶片将施加于轴上旋转的机械能，转变为推动气体流动的压力，从而实现气体的流动。风机广泛应用于发电厂、锅炉和工业炉窑的通风和引风，矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却等 1。尤其是在电站，随着机组向大容量、高转速、高效率、自动化方向的发展，电站也对风机的安全可靠性提出了越来越高的要求，锅炉风机在运行中常发生烧坏电机、窜轴、叶轮飞车、轴承损坏等事故，严重危害设备、人身安全，也给电厂造成巨大的经济损失 2。此外，风机一直是电站的耗电大户，电站配备的送风机、引风机和冷烟风机是锅炉的重要辅机，降低其耗电
10、率是节能的一项重要措施。气体经过风机叶轮后能够获得相应的动能，但是，由于结构、工艺及流体黏性的影响，气体流经风机时不可避免地要产生各种能量损失，而使其实际可利用的能量降低。因此，尽可能地减少气体在风机内部的能量损失，对提高风机的效率，降低能耗，保证风机的经济性、安全性有着十分重要的意义。气体流经风机时的损失，按其能量损失的形式不同可分为三种：机械损失、容积损失和流动损失 3。当风机工作时，气体流道的几何形状改变会使流体运动速度的大小和方向发生改变，从而产生流动分离。流动分离产生的冲击会造成流动损失。流体运动速度的大小和方向的改变，也会使得气体在进入叶片入口和从叶轮出来进入压出室时，流动角不等于
11、叶片的安装角，从而产生冲击损失，影响风机的效率和性能。由于气体进入叶片入口时存在着冲击速度，使气体在风机叶片的吸力面上形成旋涡，造成边界层分离现象而会导致能量损失 4。现在，全球学者都达成了优化叶片的设计是提高电厂风机效率，从而节省能源的一个有效途径这个共识 5。风机的流动损失不仅仅影响到风机的效率，在流动损失过大时，它还会影响到风机的安全运行，引发事故，造成更大的经济损失。2004年大唐唐山热电有限责任公司2300 M 机组锅炉，风机叶片背面流动恶化，层流边界受到破坏，在叶片背面尾端出现涡流区，此时，风机全压急剧降低，保护系统开关动作，风机停运，发生事故 6。离心风机是通过降低二次流涡，涡舌和喷气攻角造成的能量损失来改善风机的气动性能的 7，叶轮叶片的气动性能是决定风机性能优劣的主要因素，而叶轮叶片的剖面形状(翼型)又是决定风机性能的关键因素。从局部流动特性来看，机翼型叶片风机的气流匹配能力更强，气动损失更小，因此，其稳定工作范围也较宽，具有优良的气动和变工况性能，尤其是电站锅炉负荷受各方面的1影响经常发生变化，与之匹配的风机风量也要随之改变，为了适应电站锅炉阻力变化小，而风量变化要求较大的特点，在选用离心通风机时，一般首先选用机翼
