水平轴风力机尾流的自相似性与流场特性研究

为阐明均匀来流条件下水平轴风力机的尾流特性,采用剪切应力输运(k-ωSST)湍流模型,通过求解雷诺时均的N-S方程,在不同叶尖速比(λ)下对某33k W两叶片水平轴风力机风轮的尾流流场进行了数值模拟。结果表明,除了尾流边缘的区域,在风力机下游一定距离处轴向速度亏损开始满足高斯自相似性,叶尖速比越大,在下游离风轮越近的位置越容易达到自相似的状态;同时,随着叶尖速比的增大,尾流区膨胀效应越明显,叶尖涡和叶根涡向下游移动的过程中更早的发生破坏;在风轮下游2D的范围内叶尖涡和叶根涡的涡量强度随离风轮下游距离的增加逐渐减小,涡核面积逐渐增大;在尾流区同一轴向位置,叶尖涡的涡量强度始终大于叶根涡的涡量强度。     

风剪切来流下风力机叶片表面压力的分布规律

以某33 kW两叶片水平轴风力机的风轮和NREL PhaseⅥ风力机叶片为研究对象,数值模拟得到均匀来流条件下NREL PhaseⅥ风力机叶片表面压力系数的分布规律并与实验值进行对比,验证数值计算方法的有效性。在此基础研究不同风剪切来流对风力机叶片表面压力的影响及风剪切来流下叶片表面压力随方位角的变化规律。结果表明:当风剪切指数由0.3增至0.5时,叶片表面压力在不同方位角下发生不同的变化;剪切来流下,在叶片压力面和吸力面未发生流动分离的区域,压力随方位角呈现正余弦的变化趋势,越靠近尾缘,压力的波动幅度越小;在吸力面压力最小值的位置压力随方位角的波动幅度最大;在叶片吸力面发生流动分离的区域,压力随方位角的波动不稳定;无论是压力面还是吸力面,压力随方位角的变化均存在相位滞后现象,越靠近叶根,滞后现象越明显。