摘要
风力发电是目前技术最成熟、最具规模化发展前景的可再生能源，在能源供应日趋紧张、环境污染日益严重的形势下，风电发展越来越受到各方的高度重视。风力机翼型及叶片气动特性是决定风力机功率特性和气动载荷特性的根本因素，理论分析是研究叶片气动特性的重要方法，而力学模型是理论分析的重要方法。本文建立圆弧翼型力学模型，并利用力学模型计算叶片受力，将受力结果与以往试验及CFD研究结果进行对比分析，验证模型准确性，最终利用力学模型结果研究圆弧翼型叶片气动特性。 直接建立风力机复杂的叶片翼型力学模型难度极大，为此首先研究简单的圆弧翼型叶片，以此作为研究复杂风力机翼型的基础。利用经典的儒科夫斯基保角变换将圆弧转化为其他平面的圆，并采用极坐标型式将位移、速度转化为极坐标型式，在此基础上将叶片受力分为环量部分、无环量部分受力及叶片前缘吸力。将三部分受力叠加得到了叶片总的受力，总的受力分为法向力、升力及阻力三部分。 将得到的升力结果与NACA4412、A18、F18翼型进行了静态对比，并将升力表达式中攻角设定与文献中的攻角变化一样，得到非定常升力变化曲线，将之与文献中的结果进行对比。通过静态与非定常的对比，验证了模型的准确性。通过对比得出模型具有一定的准确性，适用于研究叶片受力。利用所计算的结果研究了叶片气动特性，并通过改变圆弧的弯度，研究不同弯度对气动特性的影响。研究结果表明圆弧向上弯时，随着弯度的增加，升力比相同时间段的升力大。当圆弧向下弯时，随着弯度的增加，升力比相同时间段的升力小。 本文所用到的力学模型研究方法，为后续研究复杂的风力机叶片翼型奠定基础，并为研究其他叶轮机械找到一种全新的方法。利用力学模型从理论分析角度研究风力机叶片受力具有现实可行性，可以弥补理论研究叶片受力的不足，对于分析叶片的气动特性，提高机组效率及提高叶片寿命，保证风力机组安全稳定运行，具有十分积极的意义。
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