采用基于渦流理論的自由尾跡模型對風(fēng)力機處于偏航工況下的尾渦結(jié)構(gòu)進行計算,分析其對尾流特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明:風(fēng)力機偏航運行時,尾渦呈現(xiàn)出非對稱的偏斜結(jié)構(gòu),且尾渦偏斜角大于偏航入流角;尾渦系中,葉片附著渦對尾流的誘導(dǎo)影響主要在軸向和徑向方向,近尾跡渦及遠(yuǎn)尾跡渦對尾流的誘導(dǎo)影響主要在切向和徑向方向;尾流區(qū)內(nèi)流動以軸向流動和徑向流動為主,尾流區(qū)外流動以軸向流動和切向流動為主。 

【文章來源】：水力發(fā)電. 2018,44(09)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

自由尾跡模型分析示意

雜晌布ＤＰ圖撲愕玫降囊都馕形?置，并與文獻［12］由實驗得到的前3圈葉尖渦位置進行比較�？梢钥闯�，盡管受來流風(fēng)和自誘導(dǎo)的影響，尾跡結(jié)構(gòu)擾動較明顯且呈現(xiàn)一定的卷起趨勢，但尾渦位置的計算值和實驗值取得了較好的一致，僅僅在第2、3圈尾跡的下風(fēng)側(cè)低估了軸向位移。對偏航工況時的尾渦結(jié)構(gòu)進行分析時，尾跡偏斜角χ(即尾跡中心線與旋轉(zhuǎn)軸的夾角)是一個重要的參數(shù)。對圖2的葉尖渦結(jié)構(gòu)進行分析可知，該工況下的尾跡偏斜角約為44°，大于偏航入流角γ，這與文獻［3］中的結(jié)論是一致的，表明自由尾跡模型是有效的。圖230度偏航時葉尖渦位置3.2尾流區(qū)橫向速度分布風(fēng)力機尾流區(qū)的流動決定著葉片氣動載荷及下游風(fēng)力機的入流情況。圖3給出了槳盤平面的下游0.15m處的軸向、切向及徑向速度分布。其中尾跡誘導(dǎo)速度表示由近尾跡及遠(yuǎn)尾跡組成的尾跡渦的誘導(dǎo)速度分量之和，葉片誘導(dǎo)速度表示葉片附著渦的誘導(dǎo)速度分量，合速度由總誘導(dǎo)速度與來流風(fēng)速相加得到。從圖中可以看出，尾流速度沿風(fēng)輪中心呈現(xiàn)不對稱分布，流動的非穩(wěn)態(tài)特性較明顯。在y=±2m附近有明顯的突變，這是由于葉尖渦的存在對周圍流動產(chǎn)生的影響導(dǎo)致的;風(fēng)輪中心y=0m附近處的速度突變則是由近尾跡區(qū)葉根附近的渦格引起的。進一步分析渦系對尾流區(qū)的影響發(fā)現(xiàn)，葉片附著渦對尾跡區(qū)流動的影響主要在軸向和徑向方向，對切向流動的誘導(dǎo)影響較小;尾跡渦的誘導(dǎo)影響主要在切向和徑向方向，對軸向流動的誘導(dǎo)影響較校從圖3b可以看出，尾跡渦對y軸負(fù)方向位置的切向誘導(dǎo)影響大于正方向位置的影響，導(dǎo)致尾跡渦整體往y軸負(fù)方向偏移，這也解釋了3.1節(jié)中得到的尾跡偏斜角大于偏航入流角的結(jié)論。從圖3c可以看出，偏航工況時，尾渦會在尾流區(qū)誘導(dǎo)出較大尺度的徑向流動。徑向流動的存在?

自誘導(dǎo)的影響，尾跡結(jié)構(gòu)擾動較明顯且呈現(xiàn)一定的卷起趨勢，但尾渦位置的計算值和實驗值取得了較好的一致，僅僅在第2、3圈尾跡的下風(fēng)側(cè)低估了軸向位移。對偏航工況時的尾渦結(jié)構(gòu)進行分析時，尾跡偏斜角χ(即尾跡中心線與旋轉(zhuǎn)軸的夾角)是一個重要的參數(shù)。對圖2的葉尖渦結(jié)構(gòu)進行分析可知，該工況下的尾跡偏斜角約為44°，大于偏航入流角γ，這與文獻［3］中的結(jié)論是一致的，表明自由尾跡模型是有效的。圖230度偏航時葉尖渦位置3.2尾流區(qū)橫向速度分布風(fēng)力機尾流區(qū)的流動決定著葉片氣動載荷及下游風(fēng)力機的入流情況。圖3給出了槳盤平面的下游0.15m處的軸向、切向及徑向速度分布。其中尾跡誘導(dǎo)速度表示由近尾跡及遠(yuǎn)尾跡組成的尾跡渦的誘導(dǎo)速度分量之和，葉片誘導(dǎo)速度表示葉片附著渦的誘導(dǎo)速度分量，合速度由總誘導(dǎo)速度與來流風(fēng)速相加得到。從圖中可以看出，尾流速度沿風(fēng)輪中心呈現(xiàn)不對稱分布，流動的非穩(wěn)態(tài)特性較明顯。在y=±2m附近有明顯的突變，這是由于葉尖渦的存在對周圍流動產(chǎn)生的影響導(dǎo)致的;風(fēng)輪中心y=0m附近處的速度突變則是由近尾跡區(qū)葉根附近的渦格引起的。進一步分析渦系對尾流區(qū)的影響發(fā)現(xiàn)，葉片附著渦對尾跡區(qū)流動的影響主要在軸向和徑向方向，對切向流動的誘導(dǎo)影響較小;尾跡渦的誘導(dǎo)影響主要在切向和徑向方向，對軸向流動的誘導(dǎo)影響較校從圖3b可以看出，尾跡渦對y軸負(fù)方向位置的切向誘導(dǎo)影響大于正方向位置的影響，導(dǎo)致尾跡渦整體往y軸負(fù)方向偏移，這也解釋了3.1節(jié)中得到的尾跡偏斜角大于偏航入流角的結(jié)論。從圖3c可以看出，偏航工況時，尾渦會在尾流區(qū)誘導(dǎo)出較大尺度的徑向流動。徑向流動的存在使得葉素之間存在較大的干擾，也會影響風(fēng)力機的失速特性。因此，在將BEM理論用于偏航工況計算時，需要對二維流動假

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于自由尾跡和升力面方法的雙旋翼懸停氣動干擾計算[J]. 黃水林,李春華,徐國華.  空氣動力學(xué)學(xué)報. 2007(03)

博士論文
[1]時間步進自由尾跡方法建模及水平軸風(fēng)力機氣動性能分析[D]. 周文平.重慶大學(xué) 2011
[2]風(fēng)力機定常與非定常氣動問題的數(shù)值模擬研究[D]. 范忠瑤.華北電力大學(xué)（北京） 2011
[3]旋翼非定常自由尾跡及高置信度直升機飛行力學(xué)建模研究[D]. 李攀.南京航空航天大學(xué) 2010



本文編號：3503963