偏航狀態(tài)下小型風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)特性及尾跡渦變化分析.pdf

1、風(fēng)力機(jī)運(yùn)行在大氣環(huán)境中，由于風(fēng)速、風(fēng)向不斷變化，風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面往往不能及時(shí)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，使風(fēng)力機(jī)常常處于偏航狀態(tài)下，導(dǎo)致風(fēng)輪捕獲風(fēng)能效率降低，實(shí)際輸出功率減小。所以研究偏航工況下風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)特性及尾跡流場(chǎng)結(jié)構(gòu)意義重大。
　　本研究以直徑D=1.4m，課題組設(shè)計(jì)的某S新翼型三葉片水平軸風(fēng)力機(jī)為研究對(duì)象，基于Ansys軟件DesignModeler模塊建立風(fēng)輪模型和計(jì)算域模型，采用ICEM模塊劃分非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，基于Fluent模塊應(yīng)用大渦模

2、擬（LES）實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)尾跡流場(chǎng)的模擬，利用高頻PIV技術(shù)拍攝葉尖渦的運(yùn)動(dòng)軌跡，探究偏航作用對(duì)風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)特性及尾跡流場(chǎng)的影響。分析數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)主要得出結(jié)論如下：隨著偏航角增大，各截面吸力面壓力系數(shù)逐漸增大，壓力面壓力系數(shù)逐漸減小，葉片表面壓差減小，導(dǎo)致輸出功率減小。風(fēng)力機(jī)發(fā)生偏航時(shí)，在各方位面內(nèi)葉片吸力面流動(dòng)分離程度不同。在0°～120°方位面內(nèi)葉片吸力面流動(dòng)分離程度最嚴(yán)重，在240°～360°方位面內(nèi)吸力面流動(dòng)分離程度次之，在

3、120°～240°方位面內(nèi)流動(dòng)分離程度最輕。隨著偏航角度的增加，風(fēng)力機(jī)葉片表面流動(dòng)分離程度加重，風(fēng)力機(jī)輸出功率下降。當(dāng)偏航角為0°時(shí)，來流風(fēng)垂直風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面流經(jīng)風(fēng)輪，整個(gè)尾跡流場(chǎng)中的無量綱化速度上下部分基本呈現(xiàn)軸對(duì)稱分布。在遠(yuǎn)尾跡流場(chǎng)中，從y/d=6位置處橫向剖面速度開始服從高斯分布，說明此時(shí)流場(chǎng)擾動(dòng)已經(jīng)趨于平緩，流場(chǎng)中的速度開始接近主流速度。當(dāng)偏航角為30°時(shí)，橫向剖面速度不再呈軸對(duì)稱分布的特征。風(fēng)輪后方尾跡發(fā)生嚴(yán)重偏斜，一側(cè)尾跡明顯