水平轴风力涡轮机叶片分裂设计的性能增强研究

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被动流动控制对水平轴风力涡轮机（HAWT）叶片气动性能的改善作用已得到广泛认可。本研究通过在叶片上设计分裂结构实现被动气动失速控制。采用计算流体动力学（CFD）数值模拟方法研究了分裂对HAWT叶片性能的影响。叶片根部采用NREL S819翼型，中部和尖端采用NACA 63-415翼型设计。弦长和攻角通过叶片单元动量（BEM）理论确定。优化过程中，分裂的斜率、位置、宽度和数量作为设计参数，建立了最优叶片设计方案。采用SST过渡湍流模型进行稳态计算以确定最优分裂参数，采用滑网法对旋转区和静止区的流场进行非稳态求解。数值结果表明，与参考叶片相比，宽度为1.5 mm、斜率为120°的单分裂叶片功率系数（Cp）提高至0.322，增幅达9.2%。最优叶片设计在较低的叶尖速比（TSR）下达到最大功率系数，相比无分裂参考叶片有明显改善。研究表明，采用分裂叶片设计的被动流动控制方法能有效提高能量转换效率，特别是在小型水平轴风力涡轮机中具有应用潜力。

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