【摘要】：已有研究表明側(cè)風(fēng)因素(側(cè)風(fēng)速度、側(cè)風(fēng)角度、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速)、風(fēng)輪葉片與尾跡流場(chǎng)的相互作用是引發(fā)風(fēng)力機(jī)發(fā)生不良振動(dòng)的主要誘因,但目前相關(guān)研究依然較少。故利用TST5925C旋轉(zhuǎn)應(yīng)力應(yīng)變裝置、PULSE19裝置與高頻PIV裝置構(gòu)建直徑1.4m木質(zhì)某新翼型小型水平軸風(fēng)力機(jī)葉片表面應(yīng)變值、機(jī)頭及塔架加速度值與風(fēng)輪的尾跡流場(chǎng)信息的綜合測(cè)試系統(tǒng),獲取了應(yīng)變、加速度及尾跡渦旋隨側(cè)風(fēng)因素的變化規(guī)律。因風(fēng)力機(jī)尾跡渦旋的變化規(guī)律在一定程度上反映了側(cè)風(fēng)因素對(duì)風(fēng)力機(jī)的作用情況,所以對(duì)尾跡流場(chǎng)的研究是深入分析風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的橋梁。為此首先對(duì)風(fēng)力機(jī)尾跡流場(chǎng)特征進(jìn)行分析:首先對(duì)尾流速度脈動(dòng)進(jìn)行分析,提取脈動(dòng)合速度均方根,發(fā)現(xiàn)隨著側(cè)風(fēng)角度的增加,流場(chǎng)的速度脈動(dòng)減弱,而隨著風(fēng)速的升高,流場(chǎng)速度脈動(dòng)又增強(qiáng)。并進(jìn)一步分析尾流湍流特性,提取湍動(dòng)能云圖,發(fā)現(xiàn)尾跡渦旋的發(fā)展對(duì)于側(cè)風(fēng)速度的變化更為敏感。最后基于上述分析,提取尾跡平均渦量,發(fā)現(xiàn)隨側(cè)風(fēng)角的增加,葉尖渦渦量減小,且葉尖渦越強(qiáng)大隨側(cè)風(fēng)角的增加,渦的耗散越大,而風(fēng)輪轉(zhuǎn)速與側(cè)風(fēng)速度增加都會(huì)造成葉尖渦渦量的增加。在尾跡流場(chǎng)分析的基礎(chǔ)上,對(duì)葉片表面應(yīng)變及機(jī)頭加速度值進(jìn)行分析:證實(shí)了風(fēng)輪在連續(xù)側(cè)風(fēng)條件下存在“最惡劣側(cè)風(fēng)角”,提取葉片表面應(yīng)變,發(fā)現(xiàn)在“最惡劣側(cè)風(fēng)角”時(shí)葉片壓力面應(yīng)變最大,受到的側(cè)風(fēng)激振力最強(qiáng)。而對(duì)于葉片吸力面不同轉(zhuǎn)速下葉片的側(cè)風(fēng)激振效果不同,轉(zhuǎn)速低時(shí)應(yīng)變減小,轉(zhuǎn)速高時(shí)應(yīng)變?cè)黾�。此�?因風(fēng)力機(jī)共振與非共振情況下葉片的振動(dòng)行為不同,對(duì)流場(chǎng)產(chǎn)生的影響也不同,故提取振動(dòng)加速度響應(yīng)頻譜,確定風(fēng)力機(jī)的共振轉(zhuǎn)速及頻率。結(jié)合以上所獲取的結(jié)構(gòu)場(chǎng)與流場(chǎng)參數(shù),尋找結(jié)構(gòu)場(chǎng)與流場(chǎng)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性。首先提取振動(dòng)頻譜與流場(chǎng)能量譜,發(fā)現(xiàn)相近特征頻率對(duì)應(yīng)處均出現(xiàn)了明顯的峰值,建立了以頻率為紐帶的結(jié)構(gòu)場(chǎng)與流場(chǎng)間的關(guān)聯(lián)特性。并進(jìn)一步對(duì)比結(jié)構(gòu)場(chǎng)旋轉(zhuǎn)3倍頻及流場(chǎng)一次諧波的幅值隨側(cè)風(fēng)角度的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)側(cè)風(fēng)角小于10°時(shí),流場(chǎng)能量值對(duì)加速度值的變化更為敏感。隨著側(cè)風(fēng)角增加風(fēng)輪尾跡結(jié)構(gòu)被打亂,外部主流區(qū)流體與風(fēng)輪尾流發(fā)生摻混,導(dǎo)致葉片振動(dòng)能量向流場(chǎng)的傳遞發(fā)生阻塞。其次雷諾應(yīng)力反映了葉尖附近流體的動(dòng)量通量,提取不同工況流場(chǎng)雷諾應(yīng)力,發(fā)現(xiàn)隨著側(cè)風(fēng)角增加,葉尖附近的雷諾應(yīng)力減小,葉尖附近動(dòng)量傳遞受阻,葉片振動(dòng)對(duì)流場(chǎng)作用力減小。最后因葉尖渦的形成與葉片表面的壓差有關(guān),對(duì)比葉尖應(yīng)變與葉尖渦渦量隨風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的變化,發(fā)現(xiàn)應(yīng)變與渦量隨尖速比的變化規(guī)律一致。通過試驗(yàn)的手段構(gòu)建了流場(chǎng)與結(jié)構(gòu)場(chǎng)在某些方面的關(guān)聯(lián),并研究側(cè)風(fēng)條件下相關(guān)參數(shù)的變化規(guī)律。為風(fēng)力機(jī)流固耦合、減震降噪設(shè)計(jì)、提高風(fēng)力機(jī)效率相關(guān)方面的研究提供了寶貴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及新思路,同時(shí)為深入的科學(xué)研究積累了試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TK83

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2783577