naca4412翼型气动特性数值模拟研究(附件)【字数：14426】
摘 要摘 要在开发风能利用的大环境下，研究翼型的气动力参数对风力发电机进一步的发展有重要的指导作用，因此建立了翼型气动特性的理论模型并进行数值计算，对不同攻角下的NACA4412翼型气动翼型的气动特性进行研究。同时也分析了粘性流体对数据模拟所产生的影响。主要使用的软件有Gambit和Fluent。通过这两款软件的模拟研究表明，随着攻角的逐渐增大，该翼型在静止状态下的升力系数先快速增大后降低，阻力系数则一直增大。而流体的粘性对流动的影响很大，在相关特定工程计算中，不能被忽视。依照模拟实验数据结果和对比实际试验数据，验证了数据模拟的可靠性。关键词翼型 ；数值模拟；气动特性；升阻力系数
目录
第一章 绪论 1
1.1 背景 1
1.1.1 能源背景 1
1.1.2 社会、国家政策背景 1
1.1.3 国外发展背景 3
1.2 国内，国外研究发展现状 3
1.3 本文研究的目的和意义 4
第二章 NACA4412翼型气动特性模拟实验 6
2.1 CFD研究软件介绍 6
2.1.1 Gambit软件介绍及网格分类 7
2.1.2 Fluent软件介绍及几种常见的湍流模型 9
2.2 数值模拟方法及控制方程 10
2.2.1 NACA翼型 10
2.2.2 物理模型 11
2.2.3 控制方程 11
2.2.4 几何建模及网格划分 12
2.3 使用Fluent对翼型气动特性分析 13
2.3.1 常数及求解参数的设定 13
2.3.2 迭代残差曲线及升力、阻力监测曲线 13
2.3.3机翼表面压力分布和升力、阻力系数 14
2.3.4流场静压强、速度及速度矢量云图 15
2.3.5计算结果分析和讨论 17
2.4气体的粘性对模拟数据的影响 17
2.5不同攻角下翼型气动特性的模拟 19
第三章 模拟数据结果分析 21
3.1不同气体粘性模拟数据结果分析 21
3.2不同攻角下翼型气动特 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
性分析 21
3.3对该翼型气动特性总结 27
总结与展望 29
参考文献 31
致 谢 33
第一章 绪论
1.1 背景
1.1.1 能源背景
人类社会的进步与发展与能源的供应有着密不可分的关系，在过去的两个世纪中，第一二次工业革命，计算机技术的兴起，近现代机械自动工业的发展都离不开煤、石油等石化能源的大量开发使用。然而，在经济高速发展的背后，却是以消耗大量石化能源从而导致的环境恶化和不可再生资源的日益枯竭作为惨重的代价。因为能源过度开发导致的一系列环境问题使得人与自然的矛盾愈发激烈。目前，世界各个国家为了解决日益增长的能耗需求和环境日益污染等问题，将目光聚焦到开发利用可再生的清洁能源上。而风能作为可再生能源的典型代表，具有储量巨大、分布广泛以及清洁无污染等独特优点而备受世界各国政府的青睐。风能的主要利用形式是使用风力机发电使动能转化为电能。风轮作为风力机的核心部件，风轮的叶技术的完善直接影响到风力机的能源利用率。因而，风力机叶片翼型气动特性研究己经成为风力发电技术的一个重要课题，国内外研究机构对此方面己进行了大量的理论和实验研究并取得了一定的研究进展[1]。
1.1.2 社会、国家政策背景
现阶段，我国对开发利用新能源已高度重视，并已上升到国家战略的地位，2005年全国人大颁布了《中华人民共和国可再生能源法》。通过法律的条文来确立开发可再生能源的必要性，并为其提供了法律上的保障。国家发改委制定的政策要求每年新开发的可再生能源要达到六千万吨标准煤的当量，年可再生新能源利用率要占到总能量利用率的七分之一。截止2015年，我国的水力发电、风力发电以及生物质发电分别达到2.9亿千瓦、1亿千瓦和1800万千瓦，已大大超出了国家预定的计划，根据高速发展的新能源的开发的势头，预计于2020年，我国可再生能源的占有量能打到全国总能源占有量的15%。
我国虽然是一个能源大国，能源储备丰富。但是在经济高速发展的同时，也不能忽略我国目前能源问题的所在。在过去的30年中，伴随着我国经济高速发展的背后是能源的滥用导致的浪费及环境的严重破坏。而我国人口基数众多，相比于世界上的发达国家，我国在能源方面有以下的不足之处：
(1)我国能源的资源总量丰富，但是人均不足，并且露天易开采的煤矿的过度开发即将消耗殆尽的情况下，石化等不可再生能源的开发已相当不易。在己探明的剩余可采量约相当于标准煤1500亿吨。占全球可探采量的十分之一。然而我国的人均占有量仅为世界人均占有量的58%。虽然我国东西地势差异较大，水力资源蕴含丰富，但对水力资源的开发利用受到环境、移民、气候、经济效益等多方面条件的限制，例如三峡大坝的修建。风力条件的优势只要集中在西北部地区，然而当地气候干旱，以游牧民族居多，风电并不能“自产自销”，还要考虑电能输送的问题。海洋潮汐能资源丰富，但是我国对于其开发技术并不完善，不能像欧美发达国家那样大规模的利用。
(2)长期以来，煤炭，石油等化石能源作为我国的主体能源。燃烧过程中造成的大气污染日益严重。我国目前煤炭消费约占仍然全部能源消费的70%。煤的燃烧产生的硫化物是酸雨形成的直接原因，所排放的大量的二氧化碳也是导致温室效应的罪魁祸首。由此带来的破坏给环境安全带来很大的压力。因此，我国急需通过加大清洁能源的开发利用来降低煤炭在消费中的比重，改善能源使用的架构。同时，全球为了防止温室气体的大量排放而签订的《京都协议书》，我国作为签订的一方，有责任也有义务去降低温室气体的排放。为了减少全球舆论的指责，减少煤炭等化石能源所占用的能源比例成为我国目前现阶段可持续发展战略的一个重要环节。
(3)能源利用技术水平落后、能源转化效率低。由于最初的政策和科学技术等原因，在近30年的新能源开发中，能源的滥用和开发新能源的二次污染使得我国对新能源的能量利用率相比于发达国家要低很多。根据相关资料的统计，发达国家能源利用总效率约为50%，约高于我国十个百分点。可见我国等能源转化率相当低，科学技术水平亟待发展和提高。
风能作为一种清洁的可再生绿色能源，在我国不但蕴藏丰富而且开发成本较低，开发较为便利。对风力发电等相关领域的发展带动势必将对我国能源结构产生有利的调整，加速我国实行新能源开发的产业化和体制化的进程，对我国施行的可持续发展的国策有着重要的积极推动作用 [3]。
目录
第一章 绪论 1
1.1 背景 1
1.1.1 能源背景 1
1.1.2 社会、国家政策背景 1
1.1.3 国外发展背景 3
1.2 国内，国外研究发展现状 3
1.3 本文研究的目的和意义 4
第二章 NACA4412翼型气动特性模拟实验 6
2.1 CFD研究软件介绍 6
2.1.1 Gambit软件介绍及网格分类 7
2.1.2 Fluent软件介绍及几种常见的湍流模型 9
2.2 数值模拟方法及控制方程 10
2.2.1 NACA翼型 10
2.2.2 物理模型 11
2.2.3 控制方程 11
2.2.4 几何建模及网格划分 12
2.3 使用Fluent对翼型气动特性分析 13
2.3.1 常数及求解参数的设定 13
2.3.2 迭代残差曲线及升力、阻力监测曲线 13
2.3.3机翼表面压力分布和升力、阻力系数 14
2.3.4流场静压强、速度及速度矢量云图 15
2.3.5计算结果分析和讨论 17
2.4气体的粘性对模拟数据的影响 17
2.5不同攻角下翼型气动特性的模拟 19
第三章 模拟数据结果分析 21
3.1不同气体粘性模拟数据结果分析 21
3.2不同攻角下翼型气动特 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
性分析 21
3.3对该翼型气动特性总结 27
总结与展望 29
参考文献 31
致 谢 33
第一章 绪论
1.1 背景
1.1.1 能源背景
人类社会的进步与发展与能源的供应有着密不可分的关系，在过去的两个世纪中，第一二次工业革命，计算机技术的兴起，近现代机械自动工业的发展都离不开煤、石油等石化能源的大量开发使用。然而，在经济高速发展的背后，却是以消耗大量石化能源从而导致的环境恶化和不可再生资源的日益枯竭作为惨重的代价。因为能源过度开发导致的一系列环境问题使得人与自然的矛盾愈发激烈。目前，世界各个国家为了解决日益增长的能耗需求和环境日益污染等问题，将目光聚焦到开发利用可再生的清洁能源上。而风能作为可再生能源的典型代表，具有储量巨大、分布广泛以及清洁无污染等独特优点而备受世界各国政府的青睐。风能的主要利用形式是使用风力机发电使动能转化为电能。风轮作为风力机的核心部件，风轮的叶技术的完善直接影响到风力机的能源利用率。因而，风力机叶片翼型气动特性研究己经成为风力发电技术的一个重要课题，国内外研究机构对此方面己进行了大量的理论和实验研究并取得了一定的研究进展[1]。
1.1.2 社会、国家政策背景
现阶段，我国对开发利用新能源已高度重视，并已上升到国家战略的地位，2005年全国人大颁布了《中华人民共和国可再生能源法》。通过法律的条文来确立开发可再生能源的必要性，并为其提供了法律上的保障。国家发改委制定的政策要求每年新开发的可再生能源要达到六千万吨标准煤的当量，年可再生新能源利用率要占到总能量利用率的七分之一。截止2015年，我国的水力发电、风力发电以及生物质发电分别达到2.9亿千瓦、1亿千瓦和1800万千瓦，已大大超出了国家预定的计划，根据高速发展的新能源的开发的势头，预计于2020年，我国可再生能源的占有量能打到全国总能源占有量的15%。
我国虽然是一个能源大国，能源储备丰富。但是在经济高速发展的同时，也不能忽略我国目前能源问题的所在。在过去的30年中，伴随着我国经济高速发展的背后是能源的滥用导致的浪费及环境的严重破坏。而我国人口基数众多，相比于世界上的发达国家，我国在能源方面有以下的不足之处：
(1)我国能源的资源总量丰富，但是人均不足，并且露天易开采的煤矿的过度开发即将消耗殆尽的情况下，石化等不可再生能源的开发已相当不易。在己探明的剩余可采量约相当于标准煤1500亿吨。占全球可探采量的十分之一。然而我国的人均占有量仅为世界人均占有量的58%。虽然我国东西地势差异较大，水力资源蕴含丰富，但对水力资源的开发利用受到环境、移民、气候、经济效益等多方面条件的限制，例如三峡大坝的修建。风力条件的优势只要集中在西北部地区，然而当地气候干旱，以游牧民族居多，风电并不能“自产自销”，还要考虑电能输送的问题。海洋潮汐能资源丰富，但是我国对于其开发技术并不完善，不能像欧美发达国家那样大规模的利用。
(2)长期以来，煤炭，石油等化石能源作为我国的主体能源。燃烧过程中造成的大气污染日益严重。我国目前煤炭消费约占仍然全部能源消费的70%。煤的燃烧产生的硫化物是酸雨形成的直接原因，所排放的大量的二氧化碳也是导致温室效应的罪魁祸首。由此带来的破坏给环境安全带来很大的压力。因此，我国急需通过加大清洁能源的开发利用来降低煤炭在消费中的比重，改善能源使用的架构。同时，全球为了防止温室气体的大量排放而签订的《京都协议书》，我国作为签订的一方，有责任也有义务去降低温室气体的排放。为了减少全球舆论的指责，减少煤炭等化石能源所占用的能源比例成为我国目前现阶段可持续发展战略的一个重要环节。
(3)能源利用技术水平落后、能源转化效率低。由于最初的政策和科学技术等原因，在近30年的新能源开发中，能源的滥用和开发新能源的二次污染使得我国对新能源的能量利用率相比于发达国家要低很多。根据相关资料的统计，发达国家能源利用总效率约为50%，约高于我国十个百分点。可见我国等能源转化率相当低，科学技术水平亟待发展和提高。
风能作为一种清洁的可再生绿色能源，在我国不但蕴藏丰富而且开发成本较低，开发较为便利。对风力发电等相关领域的发展带动势必将对我国能源结构产生有利的调整，加速我国实行新能源开发的产业化和体制化的进程，对我国施行的可持续发展的国策有着重要的积极推动作用 [3]。
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