多拍攝窗口風(fēng)輪近尾跡子午面葉尖渦測試

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1、中國工程熱物理學(xué)會熱機(jī)氣動熱力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文編號：102024多拍攝窗口風(fēng)輪近尾跡子午面葉尖渦測試1,211,21,21汪建文由志剛高志鷹東雪青于海鵬（1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)能源與動力工程學(xué)院呼和浩特010051；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)可再生能源實(shí)驗室）(Tel:0471-6576714,Email:wangjw@imut.edu.cn)摘要：采用PIV測試技術(shù)對三葉片水平軸風(fēng)力機(jī)近尾跡流場進(jìn)行測試。受拍攝面積的限制，將近尾跡流場分為兩個拍攝窗口，實(shí)驗數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系下，研究近尾跡整體的流動細(xì)節(jié)。通過速度場分析發(fā)現(xiàn)，隨著葉尖渦

2、向風(fēng)輪下游的演化過程中，葉尖渦波動強(qiáng)烈。來流經(jīng)風(fēng)輪后，風(fēng)輪吸收部分能量，轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，另一部分能量則集中在風(fēng)輪后方的尾流。來流通過風(fēng)輪后，軸向動量較之來流減少，而風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)誘導(dǎo)切向速度使旋轉(zhuǎn)動量增加，下游的渦流半徑增大。針對同一子午面分析，尖速比的變化影響葉尖渦的形成及變化趨勢，由于風(fēng)輪的不穩(wěn)定性及三只葉片產(chǎn)生尾跡的相互干擾，實(shí)際流場葉尖渦渦核中心連線呈1/4橢圓狀，并不呈線性，但同近尾跡理想模型近似，在一定條件下可以表示近尾跡的輪廓。對于不同尖速比，不同子午面，尖速比越大，葉尖渦徑向位移越大，渦流的誘導(dǎo)效應(yīng)區(qū)域越大。關(guān)鍵

3、詞：水平軸風(fēng)力機(jī)；近尾跡；PIV測試；葉尖渦0引言期成熟起來的先進(jìn)測量技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)瞬[4][5][6]給定來流，無論是靜止或旋轉(zhuǎn)的風(fēng)時場的測量。Grant及Dobrev等人采輪，都將產(chǎn)生葉尖渦。葉尖渦在風(fēng)力機(jī)空用PIV技術(shù)對風(fēng)輪的近尾跡結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研氣動力學(xué)中起著重要作用，葉片上脫落的究，得到了近尾跡結(jié)構(gòu)的一些定性結(jié)果。葉尖渦是流動阻力、氣動噪聲、不穩(wěn)定產(chǎn)本文在水平軸風(fēng)力機(jī)葉尖渦流動的PIV測[7][1]試基礎(chǔ)上，向下游拓寬研究區(qū)域，采用生的主要源泉。而近尾跡結(jié)構(gòu)特征是水平軸風(fēng)力機(jī)空氣動力學(xué)性能預(yù)測和分析PIV技術(shù)，在5

4、個尖速比下，對水平軸風(fēng)[2]力機(jī)流場進(jìn)行測試，探尋葉尖渦隨尖速比的基礎(chǔ)。早期，對于水平軸風(fēng)力機(jī)空氣動力學(xué)研究，普遍采用經(jīng)驗性尾跡模型進(jìn)和不同子午面內(nèi)演化的過程，為風(fēng)力機(jī)尾行簡化和假設(shè)，如葉片葉素——動量理論跡模型的修正和CFD數(shù)值計算提供參考。（BEMT），其中并未涉及葉尖附近局部流1實(shí)驗方案動變化細(xì)節(jié)。為了揭示風(fēng)力機(jī)的尾跡結(jié)1.1實(shí)驗設(shè)備[3]構(gòu)，Mast等使用熱線測速儀，進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗是在內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)、內(nèi)蒙古自實(shí)驗，此方法只能獲得某一點(diǎn)研究區(qū)域的治區(qū)可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗室的B1/K2直瞬時場，很難獲得葉尖渦的宏觀流動細(xì)

5、式低速風(fēng)洞開口段進(jìn)行的，開口實(shí)驗段的節(jié)。近年來，研究者大多采用粒子圖像測直徑為2.04m，風(fēng)速由數(shù)字變頻器調(diào)節(jié)，速技術(shù)（ParticleImageVelocimetry）對流場進(jìn)行測試，PIV技術(shù)是九十年代后期成風(fēng)速調(diào)節(jié)范圍是0-20m/s。實(shí)驗針對風(fēng)輪基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目（No.50976047），教育部博士點(diǎn)基金（No.20091514110001）的直徑為2.04m，風(fēng)速由數(shù)字變頻器調(diào)節(jié)，生的片光源固定，為了采集到待測葉片轉(zhuǎn)風(fēng)速調(diào)節(jié)范圍是0-20m/s。實(shí)驗針對風(fēng)輪過0o-110o步長10o的12個子

6、午面的流場信息，實(shí)驗過程中通過軸編碼器進(jìn)行控直徑1.4m水平軸三葉片風(fēng)力機(jī)進(jìn)行研究，制。將待測葉片前緣點(diǎn)位于片光源內(nèi)的這風(fēng)力機(jī)功率為100W，翼型為NACA4415。信息，實(shí)驗過程中通過軸編碼器進(jìn)行控流場測試采用美國TSI公司生產(chǎn)的PIV系制。將待測葉片前緣點(diǎn)位于片光源內(nèi)的這統(tǒng)，包括1）BigSky公司生產(chǎn)的雙釹釔鋁一子午面調(diào)整到同軸器0o觸發(fā)位置。在每石榴石激光器，最大功率為15Hz，單個一子午面內(nèi)，分別測試五種不同尖速比?脈沖能量最大120MJ，脈寬3-10ns，激光的流場。受相機(jī)的限制，圖像采集最大面束的波長范圍5

7、45-780nm；2）圖像采集使積為300×225mm，為了得到近尾跡整體的信息，需要將近尾跡區(qū)域分為2個窗口進(jìn)用PowerView?2MP自/互相關(guān)CCD相#行拍攝，1平面延伸到風(fēng)輪上游，拍攝面機(jī)，分辨率為1600×1200像素，相機(jī)前#的尺寸為250×190mm，而2平面根據(jù)課題加12位防強(qiáng)光保護(hù)鏡頭，采集速度16幀組前期實(shí)驗得到渦流的走勢，沿徑向方/s；3）示蹤粒子由ROSCO公司生產(chǎn)的1700#向，向上移動2mm,軸向方向與1窗口重疊大型煙霧發(fā)生器提供，粒徑約為1~2μm；2mm（如圖1所示）。4）LaserPu

8、lse?同步器能夠?qū)崿F(xiàn)外部脈沖2結(jié)果與分析信號對采集系統(tǒng)的同步觸發(fā)，而這個脈沖實(shí)驗在?=4.5、5、5.5、6、6.5五個信號由OMRONE6B2-CWZ6C軸編碼器尖速比的工況下，對不同子午面的流場進(jìn)和同軸器在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時提供。通過調(diào)節(jié)電行測試，每個子午面拍攝多組相互關(guān)圖阻型負(fù)載可以控制風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，并采用像。將得到原始