基于三維PIV的風(fēng)力機葉尖渦流場動力學(xué)特性研究.pdf

1、葉尖渦區(qū)域流場是風(fēng)力機空氣動力學(xué)研究的重點,葉片上脫落的葉尖渦是產(chǎn)生流動阻力、氣動噪聲和不穩(wěn)定的主要原因,同時葉尖渦結(jié)構(gòu)特征又是水平軸風(fēng)力機空氣動力學(xué)性能預(yù)測和分析的基礎(chǔ)。本文通過三維PIV技術(shù),在風(fēng)洞開口實驗段,對水平軸風(fēng)力機葉尖渦區(qū)域流場動力學(xué)特性展開研究。
　　由于現(xiàn)有PIV后處理軟件Tecplot中的二維渦量公式無法計算三維渦量,本文通過對三維渦量公式推導(dǎo),計算得到葉尖渦的軸向、徑向、切向渦量及三維渦量,為準(zhǔn)確獲得風(fēng)力機葉

2、尖渦產(chǎn)生、傳播及消散過程中渦量的變化情況提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時,由于二維PIV數(shù)據(jù)在二維空間內(nèi)無法實現(xiàn)圖像的旋轉(zhuǎn)顯示,早期實驗只能利用圖像處理軟件直接對圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)處理,使得實驗結(jié)果存在較大誤差。本文從圖像原始數(shù)據(jù)入手,對測得的葉尖渦三維數(shù)據(jù)進(jìn)行三維坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)計算,實現(xiàn)不同方位面葉尖渦三維數(shù)據(jù)圖像在同一三維坐標(biāo)中的旋轉(zhuǎn)顯示。此外,在實現(xiàn)葉尖渦三維渦量和旋轉(zhuǎn)顯示的基礎(chǔ)上,本文通過計算、分析、統(tǒng)計方法,對葉尖渦向下游運動過程中螺距和螺旋角隨尖速比

3、及風(fēng)速的變化規(guī)律進(jìn)行定量分析,為深入研究葉尖渦三維運動軌跡提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
　　將不同工況下得到多組三維PIV數(shù)據(jù)通過計算、位置平均、旋轉(zhuǎn)顯示、定量分析后發(fā)現(xiàn),葉尖渦在下游運動過程中在靠近風(fēng)輪位置10°方位面時三維渦量最大,然后隨著測試方位面角度的增加渦量逐漸降低,在100°方位面達(dá)到最小,而后在110°方位面內(nèi)渦量又有所增加;在額定風(fēng)速下,隨著尖速比的增加兩個相鄰葉片產(chǎn)生的葉尖渦渦核之間的軸向距離(螺距)逐漸減小,而徑向距離逐漸增