基于三維PIV的風力機葉尖渦流場動力學特性研究.pdf

1、葉尖渦區(qū)域流場是風力機空氣動力學研究的重點,葉片上脫落的葉尖渦是產(chǎn)生流動阻力、氣動噪聲和不穩(wěn)定的主要原因,同時葉尖渦結構特征又是水平軸風力機空氣動力學性能預測和分析的基礎。本文通過三維PIV技術,在風洞開口實驗段,對水平軸風力機葉尖渦區(qū)域流場動力學特性展開研究。
　　由于現(xiàn)有PIV后處理軟件Tecplot中的二維渦量公式無法計算三維渦量,本文通過對三維渦量公式推導,計算得到葉尖渦的軸向、徑向、切向渦量及三維渦量,為準確獲得風力機葉

2、尖渦產(chǎn)生、傳播及消散過程中渦量的變化情況提供基礎數(shù)據(jù)。同時,由于二維PIV數(shù)據(jù)在二維空間內(nèi)無法實現(xiàn)圖像的旋轉顯示,早期實驗只能利用圖像處理軟件直接對圖像進行旋轉處理,使得實驗結果存在較大誤差。本文從圖像原始數(shù)據(jù)入手,對測得的葉尖渦三維數(shù)據(jù)進行三維坐標旋轉計算,實現(xiàn)不同方位面葉尖渦三維數(shù)據(jù)圖像在同一三維坐標中的旋轉顯示。此外,在實現(xiàn)葉尖渦三維渦量和旋轉顯示的基礎上,本文通過計算、分析、統(tǒng)計方法,對葉尖渦向下游運動過程中螺距和螺旋角隨尖速比

3、及風速的變化規(guī)律進行定量分析,為深入研究葉尖渦三維運動軌跡提供數(shù)據(jù)基礎。
　　將不同工況下得到多組三維PIV數(shù)據(jù)通過計算、位置平均、旋轉顯示、定量分析后發(fā)現(xiàn),葉尖渦在下游運動過程中在靠近風輪位置10°方位面時三維渦量最大,然后隨著測試方位面角度的增加渦量逐漸降低,在100°方位面達到最小,而后在110°方位面內(nèi)渦量又有所增加;在額定風速下,隨著尖速比的增加兩個相鄰葉片產(chǎn)生的葉尖渦渦核之間的軸向距離(螺距)逐漸減小,而徑向距離逐漸增