采用基于渦流理論的自由尾跡模型對(duì)風(fēng)力機(jī)處于偏航工況下的尾渦結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算,分析其對(duì)尾流特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明:風(fēng)力機(jī)偏航運(yùn)行時(shí),尾渦呈現(xiàn)出非對(duì)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(duì)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(duì)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(dòng)以軸向流動(dòng)和徑向流動(dòng)為主,尾流區(qū)外流動(dòng)以軸向流動(dòng)和切向流動(dòng)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(xiàn)［12］由實(shí)驗(yàn)得到的前3圈葉尖渦位置進(jìn)行比較�？梢钥闯觯M管受來流風(fēng)和自誘導(dǎo)的影響，尾跡結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較明顯且呈現(xiàn)一定的卷起趨勢(shì)，但尾渦位置的計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)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(duì)偏航工況時(shí)的尾渦結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，尾跡偏斜角χ(即尾跡中心線與旋轉(zhuǎn)軸的夾角)是一個(gè)重要的參數(shù)。對(duì)圖2的葉尖渦結(jié)構(gòu)進(jìn)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(xiàn)［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(shí)葉尖渦位置3.2尾流區(qū)橫向速度分布風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)的流動(dòng)決定著葉片氣動(dòng)載荷及下游風(fēng)力機(jī)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(duì)稱分布，流動(dòng)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(duì)周圍流動(dòng)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(jìn)一步分析渦系對(duì)尾流區(qū)的影響發(fā)現(xiàn)，葉片附著渦對(duì)尾跡區(qū)流動(dòng)的影響主要在軸向和徑向方向，對(duì)切向流動(dòng)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(duì)軸向流動(dòng)的誘導(dǎo)影響較校從圖3b可以看出，尾跡渦對(duì)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(shí)，尾渦會(huì)在尾流區(qū)誘導(dǎo)出較大尺度的徑向流動(dòng)。徑向流動(dòng)的存在?

自誘導(dǎo)的影響，尾跡結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較明顯且呈現(xiàn)一定的卷起趨勢(shì)，但尾渦位置的計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)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(duì)偏航工況時(shí)的尾渦結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，尾跡偏斜角χ(即尾跡中心線與旋轉(zhuǎn)軸的夾角)是一個(gè)重要的參數(shù)。對(duì)圖2的葉尖渦結(jié)構(gòu)進(jìn)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(xiàn)［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(shí)葉尖渦位置3.2尾流區(qū)橫向速度分布風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)的流動(dòng)決定著葉片氣動(dòng)載荷及下游風(fēng)力機(jī)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(duì)稱分布，流動(dòng)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(duì)周圍流動(dòng)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(jìn)一步分析渦系對(duì)尾流區(qū)的影響發(fā)現(xiàn)，葉片附著渦對(duì)尾跡區(qū)流動(dòng)的影響主要在軸向和徑向方向，對(duì)切向流動(dòng)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(duì)軸向流動(dòng)的誘導(dǎo)影響較校從圖3b可以看出，尾跡渦對(duì)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(shí)，尾渦會(huì)在尾流區(qū)誘導(dǎo)出較大尺度的徑向流動(dòng)。徑向流動(dòng)的存在使得葉素之間存在較大的干擾，也會(huì)影響風(fēng)力機(jī)的失速特性。因此，在將BEM理論用于偏航工況計(jì)算時(shí)，需要對(duì)二維流動(dòng)假

【參考文獻(xiàn)】：
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(dòng)干擾計(jì)算[J]. 黃水林,李春華,徐國(guó)華.  空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào). 2007(03)

博士論文
[1]時(shí)間步進(jìn)自由尾跡方法建模及水平軸風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能分析[D]. 周文平.重慶大學(xué) 2011
[2]風(fēng)力機(jī)定常與非定常氣動(dòng)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(jī)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(hào)：3503963