塔影效應簡化模型的實驗研究與數(shù)值模擬.pdf

1、近年來，風能由于其儲量豐富、分布廣泛和環(huán)境親善性等優(yōu)點，成為緩解能源短缺的一種重要替代能源，而上風向型水平軸風力機的快速發(fā)展也帶來了諸多問題，在此其中塔影效應，即塔架對氣流的阻塞導致的氣流擾動，便是一個突出的問題，塔影效應對風力機的輸出功率及風機結(jié)構均有不良影響，同時也會產(chǎn)生氣動噪聲輻射。為進一步研究塔影效應的機理，本文建立一個塔影效應的簡化模型，即將上游葉輪簡化為平板，將下游塔架簡化為圓柱，并對該簡化模型進行實驗研究及數(shù)值模擬。

2、>　　實驗部分借助壓力傳感器及粒子圖像測速技術（PIV）測量了8種不同平板位置下圓柱表面壓力分布及干涉區(qū)域瞬態(tài)速度場數(shù)據(jù)，分析了圓柱表面壓力系數(shù)、升阻力系數(shù)、干涉區(qū)域時均速度場、瞬時壓力的功率密度譜及其相干特性，并對干涉區(qū)域湍流特性，包括雷諾應力的均方根值、無量綱化平均湍動能以及一特定截面上速度分量及脈動量的橫向分布進行討論。結(jié)果表明，靠近平板的圓柱一側(cè)受影響較為明顯，并隨平板遠離而減弱，圓柱表面壓力系數(shù)分布與無平板時的相關系數(shù)自-0.

3、37增至0.97，圓柱所受合力在無平板時的72％與115%間波動，圓柱的阻礙對于流場中速度分量有比其脈動量更為明顯的影響。
　　數(shù)值模擬部分采用Fluent求解器結(jié)合SST k-ω湍流模型對二維簡化模型進行研究，通過對不同平板位置下圓柱表面壓力系數(shù)曲線及計算區(qū)域內(nèi)速度與壓力分布的分析，表明數(shù)值模擬結(jié)果中圓柱表面前駐點及流動分離點的變化與實驗結(jié)果相符，但兩側(cè)流動分離點的變化范圍大于實驗結(jié)果，平板剪切層有對圓柱上側(cè)更大的影響，計算區(qū)域