二維機翼及豎軸葉輪尾跡特性研究.pdf

1、對于豎軸潮流能水輪機或風力機，目前一般采用的數(shù)值模擬的研究方式雖能獲得葉輪的流體動力性能，但不能反映各參數(shù)之間的相互影響，通過建立豎軸水輪機尾跡的數(shù)學模型，可以更加全面地掌握水輪機的流場細節(jié)，對于水輪機的設計和優(yōu)化工作具有重要的意義。本文從瀉渦頻率、幾何結構和環(huán)量分布三個方面研究豎軸水輪機的尾跡形式，分別通過定常運動機翼和非定常運動機翼的尾跡研究進行展開，并綜合各自的研究結論，建立了二維豎軸水輪機尾跡的簡化數(shù)學模型。
　　通過對定

2、常機翼尾跡的研究，本文從尾跡區(qū)的整體流動特征和尾跡旋渦的局部分布特性兩個方面對葉片的尾跡進行了研究，其中尾跡的整體流動特征主要包括吸力面邊界層的行為、尾跡中渦的脫瀉特征以及剪切層內不穩(wěn)定性的發(fā)展過程，尾跡的局部分布特性主要是指渦街的幾何結構以及環(huán)量的分布規(guī)律。本文通過對不同參數(shù)下二維定常機翼繞流的計算，對機翼邊界層的行為特征以及瀉渦模式隨各參數(shù)的變化過程進行了研究，通過邊界層理論以及對計算數(shù)據(jù)的分析，還獲得了二維機翼的瀉渦頻率隨邊界條件

3、的變化規(guī)律；在局部分布特性方面，以Oseen渦模型為基礎，通過數(shù)值計算獲得的大量數(shù)據(jù)，提出了一種能夠準確描述旋渦環(huán)量隨輸運過程變化規(guī)律的數(shù)學模型，并同時獲得了渦街幾何結構的計算方法。
　　通過對非定常機翼尾跡的研究，本文獲得了水輪機葉片作非定常運動時的尾跡形式，包括尾跡的阻推力性質、機翼的瀉渦頻率、尾跡的演化以及渦對的組成等特征，依據(jù)頻率鎖定規(guī)律，解釋了振蕩機翼的“單周期多渦對”現(xiàn)象，并由此獲得了振蕩機翼的頻率鎖定圖，為了分析諧頻

4、鎖定區(qū)內各種復雜尾跡形式的產生規(guī)律，本文建立了尾跡諧頻鎖定的簡單數(shù)學模型，計算結果表明，這一模型能夠基本準確地描述諧頻鎖定區(qū)內瀉渦數(shù)量隨運動參數(shù)的變化規(guī)律。在計算中還發(fā)現(xiàn)，隨著振蕩頻率或幅值的增大，尾跡形式可能發(fā)生2P-2S的轉化，為了解釋這一現(xiàn)象，本文分析了尾跡的環(huán)量組成，得到了決定這一轉化發(fā)生的關鍵參數(shù)。
　　在非定常機翼尾跡研究的基礎上，本文通過對運動幅值和頻率的分析，得到了豎軸水輪機瀉渦頻率的計算方法，通過一定的假定，還得