水平轴风力机中心涡流动的PIV测试

发布时间：2021-07-21 22:51

　　试验采用光电传感器定位周期采样及粒子图像测速（PIV）技术,对小型水平轴风力机中心涡的运动规律进行初步探索。试验在B1/K2式风洞开口段进行,在风轮叶根后方的不同拍摄窗口内针对不同工况下对风力机中心涡的运动规律进行试验研究。结果表明,风力机中心尾迹区内形成的中心涡,是以旋转方向相反的正负涡成对出现,负涡在上,正涡在下,呈现一排,且一排涡生成的位置,分别位于风轮叶根处后缘点。正、负涡的产生是由于翼型表面的边界层分离,并与叶片根部的攻角很大的关系。随着来流风速、尖速比的增加,涡量值也增大,产生的位置不变;随着方位角的增加,涡量值呈现递减趋势。随着中心尾迹延伸,在2号窗口涡量值大幅递减,从而有力证明了中心涡在轴向方向快速递减的规律。 

【文章来源】：太阳能学报. 2020,41(12)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

激光器、CCD相机与风轮的相对位置

气流通过旋转风轮时，风轮所受转矩是与作用来流上的转矩大小相等、方向相反的转矩。在风轮下游尾迹中可以清晰看到中心尾迹区旋转的气流存在涡流，与风轮后方机舱的附着涡相互影响，从而形成中心涡。从图2中可观测1号拍摄窗口中风轮叶片、机舱与产生的中心涡的相对位置。从图3的1号窗口拍摄面可看出，中心尾迹区内的中心涡是以正负涡成对出现的，且呈现一排，清楚观测到产生的一排正负涡分别位于风轮叶根处后缘点，中心涡形态较稳定，机舱附近流场由于受到机舱的影响所以较为紊乱。在图3中风轮位于不同方位角在叶根部位形成的中心涡是以正负涡成对出现的，负涡在上，正涡在下，且呈现一排。从图2a～图2c可观测到当风轮位于0°、30°、60°方位角时叶片附着涡的影响，且随着风轮方位角的增加，在贴近风轮机舱的方位，由于机舱上附着涡影响的原因，2个正涡出现了粘连。正负涡向风轮的旋转方向移动，在拍摄窗口看风轮的旋转方向是逆时针旋转的，在图2呈现从右向左移动。风轮在90°方位角时，两排涡分散开来，是由于在1#叶片在旋转90°后，第2个叶片产生的中心涡此时也出现在拍摄窗口所以风轮在90°方位角时位于左面一排的中心涡是1#叶片产生的，而右面一排则是第2个叶片产生的。由于CCD相机拍摄窗口面积只有200 mm×140 mm，因而在风轮位于90°方位角时只拍到2个叶片产生的各一排中心涡。由于随着尖速比的增加致使风轮的叶片角速度增加，发电机的转速增加，提高了风相对叶片的相对速度，增加了中心涡的脱落能量，并使附着涡的脱落范围增加。同时也可以看出随着尖速比增大，正负涡的位置大致不变更好的佐证了中心涡在叶根产生的位置不随尖速比的变化而变化。从图4中可以看出，在来流风速为8 m/s，风轮在0°方位角时，1号窗口内的流场随着尖速比的增加，中心涡的涡量逐渐增大。

由于随着尖速比的增加致使风轮的叶片角速度增加，发电机的转速增加，提高了风相对叶片的相对速度，增加了中心涡的脱落能量，并使附着涡的脱落范围增加。同时也可以看出随着尖速比增大，正负涡的位置大致不变更好的佐证了中心涡在叶根产生的位置不随尖速比的变化而变化。从图4中可以看出，在来流风速为8 m/s，风轮在0°方位角时，1号窗口内的流场随着尖速比的增加，中心涡的涡量逐渐增大。图3 V∞=8 m/s，λ=4,1号窗口在风轮不同方位角时的涡量图


本文编号：3295919