1 引言
风电机组在实际运行过程中，叶片的气动性能是影响风电机组风能捕获与稳定运行的重要因素[1]。伴随着风电开发市场逐步转向低风速风场，如何在低风速下，提升风电机组叶片风能捕获成为风电研发人员关注的重点[2]-[3]。
在工程研究中，除增加叶片长度来提升风电机组的风能捕获外，叶片改型也是提升风电机组叶片气动性能的重要一环。当前，针对叶片改型主要集中叶尖、叶根位置的改型上[4]。Pechlivanoglou G[5]等在叶片根部区域使用了前缘辅助小翼来抑制风力机叶片的分离，研究证明了这种装置的有效性; Sarkorov D[6]等研究了主动的前缘辅翼。通过主动流量控制技术改善了厚翼型的气动性能。代元军[7]等人提出了双叉式叶尖结构，分析了双叉式叶尖结构对叶尖气动噪声的影响。马剑龙[8]提出一种M形叶尖小翼,添加M小翼后，叶片做功能力得到了明显提高，并随着来流风速的增加，提升效果越明显。王晓宇[9]对添加L型叶尖小翼叶片进行分析，在添加L型小翼后，L型小翼对通过叶尖的气流具有导流作用,使通过叶尖的气流变得平缓流畅。刘益智[10]采用翼型截面来代替过渡段和圆柱段来对风电机组叶根进行改型，通过研究发现，叶根位置处的扭角越大，功率提升越明显。
从研究现状来看，针对风力发电机组叶片主要集中在叶根以及叶尖位置的改型上，针对此，本文借鉴飞机添加前缘襟翼来提升叶片气动性能的方法，对风电机组叶片翼型添加前缘襟翼进行研究，通过对添加前缘缝翼前后的翼型进行CFD数值模拟，分析缝翼对叶片气动性能改善效果，具有一定的工程意义。
2模型的建立
2.1 前缘缝翼
前缘缝翼作为叶片提升气动性能的部件，在减少叶片表面的流动分离、提高升力比方面发挥着重要作用。
本文研究的重点工作针对风电机组常用翼型S830，在其前缘位置添加前缘缝翼，缝翼在翼型选择上为NACA4412。
2.2几何模型
本文采用的计算翼型为某1.5MW风力发电机组的叶片根部初始翼型S830翼型，翼型的弦长为1000mm，
2.3 计算模型
根据翼型计算特点，计算域在形式上，采用C—H型计算域。在网格划分上，采用结构ICEM软件进行结构化网格划分，并在小翼以及翼型位置上进行局部网格加密，第一层网格厚度为0.01mm，总体网格数为9.45*104个。
2.4 计算模型与边界条件
（1）计算模型
计算软件选用ANSYS CFX，计算模型采用SST K-ω模型。ST k-ω湍流模型在CFD仿真过程，具有k-Ɛ和k-ω湍流模型的优点，并客服了两个模型在计算中的不足。采用k-Ɛ来计算近壁计算区域。k-ω湍流模型计算自由流动区域，对两个模型进行加权处理求解过渡计算区域
（2）边界条件
定义半圆部分为速度入口，风速大小为10m/s，方向为沿着X轴；空气密度为1.225kg/m3；尾部为压力出口，出口相对压力为0Pa。翼型与缝翼为采用无滑移壁面。分别计算在不同的攻角下的翼型流动特性。
3 结果分析
3.1升力系数与阻力系数
通过对S380翼型添加前缘缝翼前后的气动性能进行数值模拟，得到升力系数、阻力系数随攻角的变化。
（a）升力系数随攻角变化
在添加前缘缝翼后，翼型的升力系数与阻力系数均增加，升力系数增加的更明显。升力系数的做大增幅为8.62%，阻力系数的最大增幅为4.23%。
3.2 流线分布
在S830翼型增加前缘缝翼后，翼型的尺寸与形态将发生改变，将对翼型周围的流动产生影响。
在攻角为0°时，气流沿着壁面流动，气流与壁面之间贴合较好。当攻角为10°时，在翼型的后缘位置，出现了流动分离，并在后缘位置出现了分离涡。攻角为20°时，与10°的攻角相比，流动分离的位置已接近前缘，分离区域较大，并在翼型的吸力面上出现了两个较大的涡。
在添加缝翼后，在0°、10°、20的攻角下，气流均沿着翼型的壁面流动，与壁面贴合较好，未发生吸力面上的流动分离。有效的控制了S830翼型吸力面的流动分离。
3.3压力分布
翼型的流场发生改变，将引起翼型的压力分布的改变，通常情况下，翼型上下压差越大，产生的升力越大。
前后在0°攻角，S830翼型的压力面面前缘位置压力值较大，随着攻角的增加，前缘位置压力值较大区域在逐渐增加。吸力面上，攻角为0°时，压力值较小的区域位于翼型吸力面的中间，随攻角的增加，压力值较小的区域向着前缘位置靠近。
在增加前缘缝翼后，0°攻角下，翼型周围的压力分布与原翼型基本相同。随着攻角的增加，缝翼对翼型压力分布的影响越明显，在10°与20°攻角下，缝翼的存在使得S830翼型增大了压力面压力的同时减小了吸力面的压力，从而使得翼型整体的升力增加。
4 小结
本文采用CFD数值模拟的方法对S830翼型添加前缘缝翼前后进行研究，结论如下：
（1）添加前缘缝翼，S830翼型的升力系数与阻力系数均增加，升力系数增加的更明显；
（2）添加前缘缝翼改善了S830翼型的流动状态，有效的控制S830翼型的流动分离；
（3）缝翼的存在增大S830压力面压力的同时减小了吸力面的压力，从而使得翼型的升力增加。
参考文献
[1] Açıkel H H, Genç M S. Control of laminar separation bubble over wind turbineairfoil using partial flexibility on suction surface[J]. Energy, 2018, 165: 176-190.
[2] 张旭,李伟,邢静忠,等.改进Gurney襟翼几何参数对翼型气动特性的影响[J].农业机械学报,2012, 43(12):97-101.
[3] 杨胜兵,孙霞阳,等.开缝对风力机翼型空气动力学特性的影响[J].应用力学学报,2021,38(01):70-77.
[4] Sarkorov D, Seifert A, Detinis I, et al. Active flow control and part-span slat interactions[J]. AIAA Journal, 2016, 54(3): 1095-1106.
