為研究湍流強度對風力機尾跡渦結構的影響規(guī)律,利用TR-PIV（time resolved-particle image velocimetry）對水平軸風力機模型在有、無格柵4.5D（D為風輪直徑）范圍內的尾流信息進行采集。通過定性及定量分析對比有、無格柵時尾跡流場瞬時渦量、平均渦量及湍動能的變化規(guī)律,再現(xiàn)了不同入流條件下尾跡渦形成、發(fā)展和湮滅的過程及尾跡渦系間能量傳遞特性。分析發(fā)現(xiàn):自由流4.5D范圍內均可見明顯葉尖渦擬序結構,其衰減速度較慢。格柵入流時隨湍流強度增加流層間的強剪切及徑向摻混作用增強,使葉尖渦擬序結構失穩(wěn),2.5D時擬序結構消失;渦量集中區(qū)域較自由流明顯擴張,葉尖渦誘導效應影響范圍增加;尾跡渦系的湍動能較自由流明顯增加,隨著尾跡向下游發(fā)展葉尖渦、中心渦湍動能很快衰減,附著渦區(qū)湍動能卻明顯增強;附著渦區(qū)不再是隔離帶,而是葉尖渦和中心渦的能量輸送帶,從而促進尾跡恢復。 

【文章來源】：太陽能學報. 2019,40(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

風力機模型Fig.1Modelofwindturbine

1180太陽能學報40卷高度為450mm，模型風力機如圖1所示。圖1風力機模型Fig.1Modelofwindturbine格柵模型為被動木質雙面正方形結構，如圖2所示。描述格柵幾何特征的參數(shù)格柵稠度σ可表示為［15］：σ=(b/M)(2-b/M)（1）式中，b——擾流棒寬度，mm；M——相鄰兩擾流棒之間的間距，mm。格柵A、B具體的設計幾何尺寸及稠度見表1。a.格柵Ab.格柵B圖2格柵模型Fig.2Modelofgrid表1格柵幾何尺寸Tabel1Geometricdimensioningofgrid格柵編號ABb/mm2525M/mm110160σ0.400.291.2實驗方案實驗設備整體布置如圖3所示�？紤]到實際條件限制及閉口實驗段空氣流動很穩(wěn)定，采用相機固定不動，而移動風力機組及格柵的方案，每300mm（即1D，1倍風輪直徑）移動1個軸向位置。自由流（無格柵）時共移動5個位置進行拍攝；加入格柵后，因為需保證格柵距風力機一定距離（以保證形成均勻的湍流），只能移動3個位置，如圖4所示。拍攝窗口尺寸為200mm×200mm。圖3實驗設備布置Fig.3Arrangementofexperimentfacilities圖4風力機軸向移動Fig.4Axialdisplacementofwindturbinemodel1.3來流品質采用TR-PIV設備監(jiān)測閉口段3種入流條件下無風力機時1#（x=R）位置，V=10m/s時平均速度及脈動速度均方根數(shù)據，計算得到來流湍流強度：自由流時為0.1%，格柵（A）入流時為11%，格柵（B）入流時為15%。2實驗結果分析TR-PIV系統(tǒng)的相機具有高時間分辨率特性，采樣頻率可達1~10kHz，選定來流風速為10m/s，拍攝樣本

urbine格柵模型為被動木質雙面正方形結構，如圖2所示。描述格柵幾何特征的參數(shù)格柵稠度σ可表示為［15］：σ=(b/M)(2-b/M)（1）式中，b——擾流棒寬度，mm；M——相鄰兩擾流棒之間的間距，mm。格柵A、B具體的設計幾何尺寸及稠度見表1。a.格柵Ab.格柵B圖2格柵模型Fig.2Modelofgrid表1格柵幾何尺寸Tabel1Geometricdimensioningofgrid格柵編號ABb/mm2525M/mm110160σ0.400.291.2實驗方案實驗設備整體布置如圖3所示�？紤]到實際條件限制及閉口實驗段空氣流動很穩(wěn)定，采用相機固定不動，而移動風力機組及格柵的方案，每300mm（即1D，1倍風輪直徑）移動1個軸向位置。自由流（無格柵）時共移動5個位置進行拍攝；加入格柵后，因為需保證格柵距風力機一定距離（以保證形成均勻的湍流），只能移動3個位置，如圖4所示。拍攝窗口尺寸為200mm×200mm。圖3實驗設備布置Fig.3Arrangementofexperimentfacilities圖4風力機軸向移動Fig.4Axialdisplacementofwindturbinemodel1.3來流品質采用TR-PIV設備監(jiān)測閉口段3種入流條件下無風力機時1#（x=R）位置，V=10m/s時平均速度及脈動速度均方根數(shù)據，計算得到來流湍流強度：自由流時為0.1%，格柵（A）入流時為11%，格柵（B）入流時為15%。2實驗結果分析TR-PIV系統(tǒng)的相機具有高時間分辨率特性，采樣頻率可達1~10kHz，選定來流風速為10m/s，拍攝樣本數(shù)定為1000張，每一工況采集3次，以提高采集的準確性，從而可獲取流場的動態(tài)參量及流動細節(jié)。2.1瞬時尾跡

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]基于時間分辨粒子圖像測速技術的水平軸風力機近尾跡特性的實驗研究（英文）[J]. Jian-wen WANG,Ren-yu YUAN,Xue-qing DONG,San-xia ZHANG,Yang SONG,Zhi-ying GAO,Kun LUO,Kun-zan QIU,Ming-jiang NI,Ke-fa CEN.  Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2015(07)
[4]Wind Tunnel Study on Wind and Turbulence Intensity Profiles in Wind Turbine Wake[J]. Takao MAEDA,Yasunari KAMADA,Junsuke MURATA,Sayaka YONEKURA,Takafumi ITO,Atsushi OKAWA,Tetsuya KOGAKI.  Journal of Thermal Science. 2011(02)
[5]水平軸風力機葉尖渦流動的PIV測試[J]. 高志鷹,汪建文,東雪青,韓曉亮,白楊,由志剛.  工程熱物理學報. 2010(03)



本文編號：3058501