【摘要】：風(fēng)力機(jī)運(yùn)行時(shí)，在近尾跡區(qū)流場會產(chǎn)生及其復(fù)雜的湍流結(jié)構(gòu)，流動(dòng)阻力及氣動(dòng)噪聲等有害因素便隨之產(chǎn)生，因此風(fēng)力機(jī)近尾跡流場湍流特征的研究工作亟待開展。普通的低頻PIV難以滿足通過極高的采樣頻率以捕捉流場變化細(xì)節(jié)及探究復(fù)雜的湍流結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)要求，故本文利用高頻PIV技術(shù)進(jìn)行風(fēng)力機(jī)尾跡流場測試，以初步探索其湍流特征。 在風(fēng)洞閉口試驗(yàn)段，以風(fēng)輪直徑為292mm的三葉片水平軸風(fēng)力機(jī)為實(shí)驗(yàn)對象，分別以1000Hz和2000Hz的采樣頻率對其近尾跡區(qū)（約1.3倍風(fēng)輪半徑內(nèi)）的上半部分流場進(jìn)行采樣，獲得了不同工況時(shí)的連續(xù)瞬時(shí)速度場及渦量場信息�；谶B續(xù)的渦量場云圖，獲得了流場中葉尖渦以及中心渦隨方位角增加的變化趨勢；此外還重建了風(fēng)力機(jī)的三維尾跡流場以展示葉尖渦等渦結(jié)構(gòu)呈螺旋運(yùn)動(dòng)向尾跡下游發(fā)展的現(xiàn)象。 然后對瞬時(shí)速度場進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，得到平均速度、平均渦量、脈動(dòng)速度均方根、雷諾應(yīng)力、湍流動(dòng)能、空間相關(guān)系數(shù)等與流場湍流特征相關(guān)的參量信息并且加以量化分析。分析發(fā)現(xiàn)：同一工況下，隨著徑向位置的增大平均速度逐漸增大，在經(jīng)過中心渦影響范圍時(shí)平均速度增幅最大，在葉尖渦影響范圍內(nèi)次之；隨著軸向位置的增大平均速度逐漸減小，在中心渦區(qū)域平均速度減小幅度最大，在葉尖渦區(qū)域平均速度減小幅度很微弱。在葉尖渦渦核運(yùn)動(dòng)軌跡處，軸向速度脈動(dòng)最微弱，，而徑向速度脈動(dòng)最強(qiáng)烈。從整體上看，湍流特征明顯的區(qū)域主要集中于中心渦和葉尖渦區(qū)域，脈動(dòng)速度均方根、雷諾應(yīng)力、湍流動(dòng)能都相對最大，但葉尖渦區(qū)域次于中心渦區(qū)域；而在葉尖渦區(qū)域內(nèi)，毗鄰葉尖處存在類圓形區(qū)域，不同來流風(fēng)速時(shí)，直徑大小范圍約為0.08-0.17倍風(fēng)輪半徑，與同一工況下其他區(qū)域相比，此區(qū)域速度脈動(dòng)最為強(qiáng)烈，湍流特征最為明顯。軸向空間相關(guān)系數(shù)與徑向空間相關(guān)系數(shù)云圖的葉尖渦和中心渦區(qū)域存在正負(fù)相關(guān)帶沿著軸向交替出現(xiàn)的規(guī)律，說明風(fēng)力機(jī)近尾跡流場中存在許多相干結(jié)構(gòu)（擬序結(jié)構(gòu)）；并且發(fā)現(xiàn)由軸向空間相關(guān)系數(shù)獲得的擬合曲線與葉尖渦渦核中心向尾跡下游的運(yùn)動(dòng)軌跡基本相似，可用此曲線對葉尖渦的總體運(yùn)動(dòng)趨勢進(jìn)行估測。 經(jīng)過以上工作，本文達(dá)到了探索風(fēng)力機(jī)近尾跡流場湍流特征的目的，對其中的流動(dòng)細(xì)節(jié)及湍流特點(diǎn)有了較深的認(rèn)識，發(fā)覺了日后研究工作的側(cè)重點(diǎn)，為更深層次的風(fēng)力機(jī)近尾跡湍流研究積累了經(jīng)驗(yàn)。
【圖文】：

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章 基礎(chǔ)理論2.1 水平軸風(fēng)力機(jī)流場理論2.1.1 制動(dòng)盤理論風(fēng)力機(jī)從來流風(fēng)中獲取能量，通過旋轉(zhuǎn)盤的流動(dòng)元素后損失掉一部分動(dòng)能。通過風(fēng)力機(jī)的流體速度因此減小，從風(fēng)輪上游的速度 u∞變?yōu)橄掠芜h(yuǎn)尾跡處的速度 uw。靜壓值由上游的 p∞增加到圓盤前方的 P d，然后在圓盤后突然減小到 P d，壓力值的從大到小給圓盤施加了軸向推力。圓盤后變小的壓力會在尾跡流動(dòng)中逐漸恢復(fù)到自由流場中的壓力值 p∞，如圖 2-1 所示[42]。

圖 2-2 風(fēng)輪術(shù)語及示意圖Fig 2-2 wind turbine term and schematic diagram跡的速度表達(dá)式用 x 和推力曲線的函數(shù)關(guān)系式來表示。如圖 2-3 為不同位置線推力系數(shù)值的變化，能夠看到對于無黏性的一維速度模型和圓盤下游的兩相關(guān)的。在此原理中，速度能夠用來計(jì)算尾跡中下一個(gè)致動(dòng)盤的輸出功率。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TK83

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 劉冬冬;汪建文;高志鷹;韓曉亮;東雪青;新吉勒圖;仇連君;;水平軸風(fēng)力機(jī)葉尖翼型截面流場的試驗(yàn)研究[J];動(dòng)力工程;2009年03期

2 劉寶杰,王光華,高歌;翼型近尾跡流動(dòng)的PIV研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);1999年04期

3 陳默,劉紅,袁新;振蕩射流提高風(fēng)力機(jī)葉型升力的PIV實(shí)驗(yàn)[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2005年04期

4 高志鷹;汪建文;韓曉亮;東雪青;劉冬冬;新吉勒圖;仇連君;;風(fēng)力機(jī)葉片動(dòng)態(tài)繞流結(jié)構(gòu)的PIV實(shí)驗(yàn)研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2009年02期

5 萬津津;施鎏鎏;陸佳凱;劉應(yīng)征;;貼壁方柱湍流場高分辨率PIV實(shí)驗(yàn)研究[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2009年02期

本文編號：2684311