湍流强度对风力机尾迹涡结构影响的实验研究
发布时间：2021-03-02 03:22
为研究湍流强度对风力机尾迹涡结构的影响规律,利用TR-PIV（time resolved-particle image velocimetry）对水平轴风力机模型在有、无格栅4.5D（D为风轮直径）范围内的尾流信息进行采集。通过定性及定量分析对比有、无格栅时尾迹流场瞬时涡量、平均涡量及湍动能的变化规律,再现了不同入流条件下尾迹涡形成、发展和湮灭的过程及尾迹涡系间能量传递特性。分析发现:自由流4.5D范围内均可见明显叶尖涡拟序结构,其衰减速度较慢。格栅入流时随湍流强度增加流层间的强剪切及径向掺混作用增强,使叶尖涡拟序结构失稳,2.5D时拟序结构消失;涡量集中区域较自由流明显扩张,叶尖涡诱导效应影响范围增加;尾迹涡系的湍动能较自由流明显增加,随着尾迹向下游发展叶尖涡、中心涡湍动能很快衰减,附着涡区湍动能却明显增强;附着涡区不再是隔离带,而是叶尖涡和中心涡的能量输送带,从而促进尾迹恢复。
【文章来源】：太阳能学报. 2019,40(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
风力机模型Fig.1Modelofwindturbine
1180太阳能学报40卷高度为450mm，模型风力机如图1所示。图1风力机模型Fig.1Modelofwindturbine格栅模型为被动木质双面正方形结构，如图2所示。描述格栅几何特征的参数格栅稠度σ可表示为［15］：σ=(b/M)(2-b/M)（1）式中，b——扰流棒宽度，mm；M——相邻两扰流棒之间的间距，mm。格栅A、B具体的设计几何尺寸及稠度见表1。a.格栅Ab.格栅B图2格栅模型Fig.2Modelofgrid表1格栅几何尺寸Tabel1Geometricdimensioningofgrid格栅编号ABb/mm2525M/mm110160σ0.400.291.2实验方案实验设备整体布置如图3所示。考虑到实际条件限制及闭口实验段空气流动很稳定，采用相机固定不动，而移动风力机组及格栅的方案，每300mm（即1D，1倍风轮直径）移动1个轴向位置。自由流（无格栅）时共移动5个位置进行拍摄；加入格栅后，因为需保证格栅距风力机一定距离（以保证形成均匀的湍流），只能移动3个位置，如图4所示。拍摄窗口尺寸为200mm×200mm。图3实验设备布置Fig.3Arrangementofexperimentfacilities图4风力机轴向移动Fig.4Axialdisplacementofwindturbinemodel1.3来流品质采用TR-PIV设备监测闭口段3种入流条件下无风力机时1#（x=R）位置，V=10m/s时平均速度及脉动速度均方根数据，计算得到来流湍流强度：自由流时为0.1%，格栅（A）入流时为11%，格栅（B）入流时为15%。2实验结果分析TR-PIV系统的相机具有高时间分辨率特性，采样频率可达1~10kHz，选定来流风速为10m/s，拍摄样本
urbine格栅模型为被动木质双面正方形结构，如图2所示。描述格栅几何特征的参数格栅稠度σ可表示为［15］：σ=(b/M)(2-b/M)（1）式中，b——扰流棒宽度，mm；M——相邻两扰流棒之间的间距，mm。格栅A、B具体的设计几何尺寸及稠度见表1。a.格栅Ab.格栅B图2格栅模型Fig.2Modelofgrid表1格栅几何尺寸Tabel1Geometricdimensioningofgrid格栅编号ABb/mm2525M/mm110160σ0.400.291.2实验方案实验设备整体布置如图3所示。考虑到实际条件限制及闭口实验段空气流动很稳定，采用相机固定不动，而移动风力机组及格栅的方案，每300mm（即1D，1倍风轮直径）移动1个轴向位置。自由流（无格栅）时共移动5个位置进行拍摄；加入格栅后，因为需保证格栅距风力机一定距离（以保证形成均匀的湍流），只能移动3个位置，如图4所示。拍摄窗口尺寸为200mm×200mm。图3实验设备布置Fig.3Arrangementofexperimentfacilities图4风力机轴向移动Fig.4Axialdisplacementofwindturbinemodel1.3来流品质采用TR-PIV设备监测闭口段3种入流条件下无风力机时1#（x=R）位置，V=10m/s时平均速度及脉动速度均方根数据，计算得到来流湍流强度：自由流时为0.1%，格栅（A）入流时为11%，格栅（B）入流时为15%。2实验结果分析TR-PIV系统的相机具有高时间分辨率特性，采样频率可达1~10kHz，选定来流风速为10m/s，拍摄样本数定为1000张，每一工况采集3次，以提高采集的准确性，从而可获取流场的动态参量及流动细节。2.1瞬时尾迹
【参考文献】：
期刊论文
[1]高湍流度格栅下游流场试验研究[J]. 杨明,张晓东,刘志刚,赵旺东,王晖. 燃气涡轮试验与研究. 2016(02)
[2]基于SPIV的风力机叶尖涡与尾流流场相关性研究[J]. 陈秋华,赖旭. 太阳能学报. 2016(02)
[3]基于时间分辨粒子图像测速技术的水平轴风力机近尾迹特性的实验研究（英文）[J]. Jian-wen WANG,Ren-yu YUAN,Xue-qing DONG,San-xia ZHANG,Yang SONG,Zhi-ying GAO,Kun LUO,Kun-zan QIU,Ming-jiang NI,Ke-fa CEN. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2015(07)
[4]Wind Tunnel Study on Wind and Turbulence Intensity Profiles in Wind Turbine Wake[J]. Takao MAEDA,Yasunari KAMADA,Junsuke MURATA,Sayaka YONEKURA,Takafumi ITO,Atsushi OKAWA,Tetsuya KOGAKI. Journal of Thermal Science. 2011(02)
[5]水平轴风力机叶尖涡流动的PIV测试[J]. 高志鹰,汪建文,东雪青,韩晓亮,白杨,由志刚. 工程热物理学报. 2010(03)
本文编号：3058501
【文章来源】：太阳能学报. 2019,40(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
风力机模型Fig.1Modelofwindturbine
1180太阳能学报40卷高度为450mm，模型风力机如图1所示。图1风力机模型Fig.1Modelofwindturbine格栅模型为被动木质双面正方形结构，如图2所示。描述格栅几何特征的参数格栅稠度σ可表示为［15］：σ=(b/M)(2-b/M)（1）式中，b——扰流棒宽度，mm；M——相邻两扰流棒之间的间距，mm。格栅A、B具体的设计几何尺寸及稠度见表1。a.格栅Ab.格栅B图2格栅模型Fig.2Modelofgrid表1格栅几何尺寸Tabel1Geometricdimensioningofgrid格栅编号ABb/mm2525M/mm110160σ0.400.291.2实验方案实验设备整体布置如图3所示。考虑到实际条件限制及闭口实验段空气流动很稳定，采用相机固定不动，而移动风力机组及格栅的方案，每300mm（即1D，1倍风轮直径）移动1个轴向位置。自由流（无格栅）时共移动5个位置进行拍摄；加入格栅后，因为需保证格栅距风力机一定距离（以保证形成均匀的湍流），只能移动3个位置，如图4所示。拍摄窗口尺寸为200mm×200mm。图3实验设备布置Fig.3Arrangementofexperimentfacilities图4风力机轴向移动Fig.4Axialdisplacementofwindturbinemodel1.3来流品质采用TR-PIV设备监测闭口段3种入流条件下无风力机时1#（x=R）位置，V=10m/s时平均速度及脉动速度均方根数据，计算得到来流湍流强度：自由流时为0.1%，格栅（A）入流时为11%，格栅（B）入流时为15%。2实验结果分析TR-PIV系统的相机具有高时间分辨率特性，采样频率可达1~10kHz，选定来流风速为10m/s，拍摄样本
urbine格栅模型为被动木质双面正方形结构，如图2所示。描述格栅几何特征的参数格栅稠度σ可表示为［15］：σ=(b/M)(2-b/M)（1）式中，b——扰流棒宽度，mm；M——相邻两扰流棒之间的间距，mm。格栅A、B具体的设计几何尺寸及稠度见表1。a.格栅Ab.格栅B图2格栅模型Fig.2Modelofgrid表1格栅几何尺寸Tabel1Geometricdimensioningofgrid格栅编号ABb/mm2525M/mm110160σ0.400.291.2实验方案实验设备整体布置如图3所示。考虑到实际条件限制及闭口实验段空气流动很稳定，采用相机固定不动，而移动风力机组及格栅的方案，每300mm（即1D，1倍风轮直径）移动1个轴向位置。自由流（无格栅）时共移动5个位置进行拍摄；加入格栅后，因为需保证格栅距风力机一定距离（以保证形成均匀的湍流），只能移动3个位置，如图4所示。拍摄窗口尺寸为200mm×200mm。图3实验设备布置Fig.3Arrangementofexperimentfacilities图4风力机轴向移动Fig.4Axialdisplacementofwindturbinemodel1.3来流品质采用TR-PIV设备监测闭口段3种入流条件下无风力机时1#（x=R）位置，V=10m/s时平均速度及脉动速度均方根数据，计算得到来流湍流强度：自由流时为0.1%，格栅（A）入流时为11%，格栅（B）入流时为15%。2实验结果分析TR-PIV系统的相机具有高时间分辨率特性，采样频率可达1~10kHz，选定来流风速为10m/s，拍摄样本数定为1000张，每一工况采集3次，以提高采集的准确性，从而可获取流场的动态参量及流动细节。2.1瞬时尾迹
【参考文献】：
期刊论文
[1]高湍流度格栅下游流场试验研究[J]. 杨明,张晓东,刘志刚,赵旺东,王晖. 燃气涡轮试验与研究. 2016(02)
[2]基于SPIV的风力机叶尖涡与尾流流场相关性研究[J]. 陈秋华,赖旭. 太阳能学报. 2016(02)
[3]基于时间分辨粒子图像测速技术的水平轴风力机近尾迹特性的实验研究（英文）[J]. Jian-wen WANG,Ren-yu YUAN,Xue-qing DONG,San-xia ZHANG,Yang SONG,Zhi-ying GAO,Kun LUO,Kun-zan QIU,Ming-jiang NI,Ke-fa CEN. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2015(07)
[4]Wind Tunnel Study on Wind and Turbulence Intensity Profiles in Wind Turbine Wake[J]. Takao MAEDA,Yasunari KAMADA,Junsuke MURATA,Sayaka YONEKURA,Takafumi ITO,Atsushi OKAWA,Tetsuya KOGAKI. Journal of Thermal Science. 2011(02)
[5]水平轴风力机叶尖涡流动的PIV测试[J]. 高志鹰,汪建文,东雪青,韩晓亮,白杨,由志刚. 工程热物理学报. 2010(03)
本文编号：3058501
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