低雷诺数下凹坑结构对翼型层流分离影响的数值研究

在低雷诺数Re工况下,翼型表面容易发生流动分离,形成的层流分离泡会导致翼型气动性能恶化,且分离泡在尾缘周期性脱落,会诱发振动,影响叶片的结构安全。文章以NACA4415翼型为例,采用大涡模拟(LES)方法,在低Re下,对光滑翼型及布置凹坑结构翼型的层流分离进行了研究。研究结果表明:凹坑结构对翼型在低Re下出现的层流分离现象有较好的抑制作用,凹坑结构翼型在尾缘的分离流更加贴近翼型表面,凹坑结构翼型尾缘附近的分离涡明显减少;凹坑结构改善了低Re工况下翼型的气动性能,深径比h/d为0.25时,翼型升、阻比达到最大18.23。

基于流固耦合偏航下风力机尾迹湍流特征的研究

偏航状态下风力机叶片与流场之间相互作用会导致风力机近尾迹流场的湍流特征变化,采用双向流固耦合对不同偏航工况下水平轴风力机近尾迹流场进行数值模拟研究,获得不同偏航角下尾迹湍流特征演化规律。结果表明:随着偏航角的增大,正偏航侧会出现“速度亏损圆环”,且此圆环的范围呈扩大趋势;偏航角的增大对叶根处速度亏损影响最大,对叶尖处速度亏损影响最小,与正偏航侧相比,负偏航侧的速度亏损值减为约1/2;随着偏航角的增大,正负偏航侧的湍流强度变化呈不对称性,正偏航侧对湍流耗散的影响程度较负偏航侧大;涡流黏度越来越小,且在偏航10°涡流黏度相对于偏航5°减小约1/2,沿着轴向叶尖涡的管状环涡结构变得不稳定,出现明显耗散,且在偏航15°之后涡结构的耗散破裂程度越来越剧烈,进而对风力机气动噪声产生较大影响。

偏航工况下风力机叶片绕流流场特性的探究

为研究偏航工况下风力机叶片绕流的流场特性,采用粒子图像测速(PIV)技术,偏航30°时在不同风速和不同叶尖速比工况下,对水平轴风力机叶片吸力面的近壁面流场进行实验研究。结果表明:沿叶片展向,从相对半径0.71 r/R~1.07 r/R位置处,轴向平均速度和平均动能逐渐增大,最大增长率分别为22.7%和49.3%,尖速比对平均动能较轴向平均速度影响大;轴向脉动速度呈先减小后增大的趋势,在相对半径0.85 r/R附近降到最低。该文以实验测试的方法揭示了偏航工况下叶片绕流的流场特性,实验数据可为叶片制造和设计提供参考。

基于叶片变形偏航下风力机叶片绕流流场的研究

针对偏航工况下风力机叶片与流场之间的相互作用而产生的变形影响叶片绕流流场问题,基于叶片变形对不同偏航工况下水平轴风力机叶片绕流流场进行双向流固耦合数值计算,分析偏航工况对风力机叶片变形和表面应力的影响,在此基础上研究不同偏航工况对叶片绕流流场的影响。结果表明,不同叶片上的变形和应力呈现不均匀性,且随偏航角增大,不均匀性增大;随风速和叶尖速比增大,叶片最大变形量对应呈增大和减小的趋势;随偏航角增大,叶根最大应力集中区域逐渐减小,叶片后缘应力逐渐减小。沿叶片展向,从叶根到叶尖,轴向速度逐渐增加,叶尖增大的程度较叶根大,随偏航角增大,叶尖位置的轴向速度增大的程度降低;涡量逐渐减小,随偏航角增大,对叶尖涡量影响较中心涡量大;湍动能总体呈先减小后增大的趋势,且当偏航角为5°~25°时在相对半径0.6R(R为风轮半径)位置处为最小,偏航30°在0.7R处为最小。