S801翼型在不同腐蚀深度下的气动性能

徐飞 王龙

摘 要

本文通过数值模拟的方法，在前缘不同腐蚀深度的情况下，研究S801翼型的气动性能。结果表明：在低攻角下，随着翼型前缘腐蚀深度的增加，翼型的升力系数计算值与实验值比较吻合。在高攻角时，由于失速现象的产生，随着腐蚀深度的加深，计算结果明显小于实验结果。

关键词

S801翼型;腐蚀;气动性能

中图分类号： TM315                      文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.068

Abstract

In this paper，the aerodynamic performance of the S801 airfoil is studied by numerical simulations under different corrosion depths of the leading edge.The results show that at low attack angles，as the leading edge corrosion depth of the airfoil increases，the calculated lift coefficient of the airfoil is in good agreement with the experimental value.At high angles of attack，due to the stall phenomenon，the calculation results are significantly smaller than the experimental results as the corrosion depth deepens.

Key Words

S801 airfoil;Corrosion;Aerodynamic performance

0 前言

我国风能资源丰富，近些风电产业也得到了迅速的发展[1]，在使用过程中发现叶片表面会受到不同程度的腐蚀或损坏，所以，研究腐蚀状态下的风机发电效率很重要。

Sareen[2]对DU96-W-180风力机翼型进行了测试，通过改变前缘翼型的腐蚀类型，结果表明前缘腐蚀可导致机翼性能显著下降，阻力大幅度增加，这对风力涡轮机发电量有很大影响。Soltani[3]在660kW风力机叶片上做了一系列低速风洞测试，通过对不同粗糙度下翼型的气动性能研究，发现翼型对表面腐蚀非常敏感，与光滑翼型相比，粗糙化翼型的最大升力系数随雷诺数增加。焦灵燕[4]针对不同的粗糙度情况，以几种常见的风力机叶片为研究对象，研究了风力机翼型前缘腐蚀对其气动性能的影响，结果表明翼型升力系数对距离尾缘10%处的粗糙度较敏感，粗糙度造成翼型阻力系数增大及升阻比降低。

本文基于CFD数值模拟，以S801翼型为研究对象，通过改变翼型前缘腐蚀程度，来探究前缘腐蚀程度对翼型气动性能的影响，为维护风力机叶片及叶片设计提供一定的理论依据。

1 研究方法

通过对弦长为1m的S801翼型前缘进行改型，得到三种不同深度的翼型，图1给出了具体的腐蚀模型。图2为整体网格划分情况。

2 计算结果与分析

如图3所示，通过改变翼型攻角，探究在不同腐蚀程度下，翼型攻角与升力系数的变化规律（图中001、002、003分别为翼型前缘腐蚀深度，001为10mm，002為20mm，003为30mm），通过对比发现，低攻角下，随着腐蚀程度加深，翼型升力系数低于实验值，30mm变化最明显，在高攻角时，30mm腐蚀下升力系数下降很多，而在20mm腐蚀下升力系数却略微的升高，10mm腐蚀变化不太明显。

如图4所示，可以发现，腐蚀深度为30mm，翼型表面流动分离最严重，翼型失速现象比较明显，对翼型的气动性能影响也较大。

3 结论

当攻角大于8°后，在腐蚀深度为10mm和20mm时，吸力面负压面积较大，而在腐蚀深度为30mm时，吸力面负压区较少。通过对比计算结果与实验结果可知，在高攻角下，前缘腐蚀加深对翼型的气动性能很敏感。

参考文献

[1]王民浩，陈观福. 我国风力发电机组地基基础设计[J].水力发电（11）：88-91.

[2]Sareen A，Sapre C A，Selig M S.Effects of leading edge erosion on wind turbine blade performance[J].Wind Energy，2014，17（10）：1531-1542.

[3]Soltani M R，Birjandi A H，Moorani M S.Effect of surface contamination on the performance of a section of a wind turbine blade[J].scientia iranica，2011，18（3）：349-357.

[4]焦灵燕.翼型及粗糙度对风力机叶片气动性能影响的初探[D].内蒙古工业大学 2015.