塔影效应简化模型的实验研究与数值模拟

发布时间：2022-06-02 20:38

　　近年来,风能由于其储量丰富、分布广泛和环境亲善性等优点,成为缓解能源短缺的一种重要替代能源,而上风向型水平轴风力机的快速发展也带来了诸多问题,在此其中塔影效应,即塔架对气流的阻塞导致的气流扰动,便是一个突出的问题,塔影效应对风力机的输出功率及风机结构均有不良影响,同时也会产生气动噪声辐射。为进一步研究塔影效应的机理,本文建立一个塔影效应的简化模型,即将上游叶轮简化为平板,将下游塔架简化为圆柱,并对该简化模型进行实验研究及数值模拟。实验部分借助压力传感器及粒子图像测速技术（PIV）测量了8种不同平板位置下圆柱表面压力分布及干涉区域瞬态速度场数据,分析了圆柱表面压力系数、升阻力系数、干涉区域时均速度场、瞬时压力的功率密度谱及其相干特性,并对干涉区域湍流特性,包括雷诺应力的均方根值、无量纲化平均湍动能以及一特定截面上速度分量及脉动量的横向分布进行讨论。结果表明,靠近平板的圆柱一侧受影响较为明显,并随平板远离而减弱,圆柱表面压力系数分布与无平板时的相关系数自-0.37增至0.97,圆柱所受合力在无平板时的72%与115%间波动,圆柱的阻碍对于流场中速度分量有比其脉动量更为明显的影响。数值模拟部... 

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 塔影效应及其研究现状
    1.3 简化模型及其研究现状
    1.4 本文主要研究内容
2 塔影效应简化模型的实验研究
    2.1 PIV技术简介
    2.2 实验设备及方法
    2.3 圆柱绕流验证实验
    2.4 塔影效应简化模型的实验结果及分析
    2.5 本章小结
3 干涉区域时均湍流特性
    3.1 干涉区域时均湍流特性
    3.2 截面X/D =-0.85上速度分量及其脉动量的横向分布
    3.3 本章小结
4 二维简化模型的数值模拟
    4.1 计算流体动力学简介
    4.2 计算流体力学的基本理论及方法
    4.3 二维圆柱绕流湍流模型验证
    4.4 二维简化模型数值模拟
    4.5 流场细节
    4.6 本章小结
5 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录1 攻读学位期间发表论文目录
附录2


【参考文献】：
期刊论文
[1]圆柱绕流流场结构的大涡模拟研究[J]. 郝鹏,李国栋,杨兰,陈刚.  应用力学学报. 2012(04)
[2]不同雷诺数下圆柱绕流仿真计算[J]. 詹昊,李万平,方秦汉,李龙安.  武汉理工大学学报. 2008(12)
[3]水平轴风力机风轮尾迹与圆柱型塔架的相互干涉[J]. 曹人靖,胡骏.  太阳能学报. 2006(04)
[4]圆柱体绕流尾迹的PIV测量[J]. 张孝棣,蒋甲利,贾元胜,马洪志,肖亚克.  实验流体力学. 2005(02)
[5]圆柱绕流的三维数值模拟[J]. 王亚玲,刘应中,缪国平.  上海交通大学学报. 2001(10)

博士论文
[1]风力机定常与非定常气动问题的数值模拟研究[D]. 范忠瑶.华北电力大学（北京） 2011

硕士论文
[1]水平轴风力机气动性能数值模拟及塔影效应研究[D]. 田仁斌.华中科技大学 2014
[2]水平轴风力机塔影效应的数值模拟研究[D]. 丁勇钢.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2009



本文编号：3653051