偏航狀態(tài)下小型風力機氣動特性及尾跡渦變化分析.pdf

1、風力機運行在大氣環(huán)境中，由于風速、風向不斷變化，風輪旋轉(zhuǎn)平面往往不能及時對準風向，使風力機常常處于偏航狀態(tài)下，導致風輪捕獲風能效率降低，實際輸出功率減小。所以研究偏航工況下風力機的氣動特性及尾跡流場結(jié)構(gòu)意義重大。
　　本研究以直徑D=1.4m，課題組設計的某S新翼型三葉片水平軸風力機為研究對象，基于Ansys軟件DesignModeler模塊建立風輪模型和計算域模型，采用ICEM模塊劃分非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，基于Fluent模塊應用大渦模

2、擬（LES）實現(xiàn)風力機尾跡流場的模擬，利用高頻PIV技術(shù)拍攝葉尖渦的運動軌跡，探究偏航作用對風力機氣動特性及尾跡流場的影響。分析數(shù)值模擬結(jié)果和實驗數(shù)據(jù)主要得出結(jié)論如下：隨著偏航角增大，各截面吸力面壓力系數(shù)逐漸增大，壓力面壓力系數(shù)逐漸減小，葉片表面壓差減小，導致輸出功率減小。風力機發(fā)生偏航時，在各方位面內(nèi)葉片吸力面流動分離程度不同。在0°～120°方位面內(nèi)葉片吸力面流動分離程度最嚴重，在240°～360°方位面內(nèi)吸力面流動分離程度次之，在

3、120°～240°方位面內(nèi)流動分離程度最輕。隨著偏航角度的增加，風力機葉片表面流動分離程度加重，風力機輸出功率下降。當偏航角為0°時，來流風垂直風輪旋轉(zhuǎn)平面流經(jīng)風輪，整個尾跡流場中的無量綱化速度上下部分基本呈現(xiàn)軸對稱分布。在遠尾跡流場中，從y/d=6位置處橫向剖面速度開始服從高斯分布，說明此時流場擾動已經(jīng)趨于平緩，流場中的速度開始接近主流速度。當偏航角為30°時，橫向剖面速度不再呈軸對稱分布的特征。風輪后方尾跡發(fā)生嚴重偏斜，一側(cè)尾跡明顯