塔影效應(yīng)簡(jiǎn)化模型的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、近年來(lái)，風(fēng)能由于其儲(chǔ)量豐富、分布廣泛和環(huán)境親善性等優(yōu)點(diǎn)，成為緩解能源短缺的一種重要替代能源，而上風(fēng)向型水平軸風(fēng)力機(jī)的快速發(fā)展也帶來(lái)了諸多問題，在此其中塔影效應(yīng)，即塔架對(duì)氣流的阻塞導(dǎo)致的氣流擾動(dòng)，便是一個(gè)突出的問題，塔影效應(yīng)對(duì)風(fēng)力機(jī)的輸出功率及風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)均有不良影響，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲輻射。為進(jìn)一步研究塔影效應(yīng)的機(jī)理，本文建立一個(gè)塔影效應(yīng)的簡(jiǎn)化模型，即將上游葉輪簡(jiǎn)化為平板，將下游塔架簡(jiǎn)化為圓柱，并對(duì)該簡(jiǎn)化模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究及數(shù)值模擬。

2、>　　實(shí)驗(yàn)部分借助壓力傳感器及粒子圖像測(cè)速技術(shù)（PIV）測(cè)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(chǎng)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(shí)均速度場(chǎng)、瞬時(shí)壓力的功率密度譜及其相干特性，并對(duì)干涉區(qū)域湍流特性，包括雷諾應(yīng)力的均方根值、無(wú)量綱化平均湍動(dòng)能以及一特定截面上速度分量及脈動(dòng)量的橫向分布進(jìn)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(yuǎn)離而減弱，圓柱表面壓力系數(shù)分布與無(wú)平板時(shí)的相關(guān)系數(shù)自-0.

3、37增至0.97，圓柱所受合力在無(wú)平板時(shí)的72％與115%間波動(dòng)，圓柱的阻礙對(duì)于流場(chǎng)中速度分量有比其脈動(dòng)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(duì)二維簡(jiǎn)化模型進(jìn)行研究，通過對(duì)不同平板位置下圓柱表面壓力系數(shù)曲線及計(jì)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(diǎn)及流動(dòng)分離點(diǎn)的變化與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符，但兩側(cè)流動(dòng)分離點(diǎn)的變化范圍大于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，平板剪切層有對(duì)圓柱上側(cè)更大的影響，計(jì)算區(qū)域