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1、基于預(yù)定渦尾跡法的風(fēng)力機性能研究ARTtCp●-：dbnOeSa∞．∽陽vLE『j=耄Sfmfr剛Or．協(xié)1”¨H，艙㈨U℃Ⅱ●一’nap：．d㈣HFSn吖：欒忠駿。李春。葉舟(上海理工大學(xué)，上海200093)摘要：以三葉片水平軸風(fēng)力機為研究對象，建立了尾跡擴張模型，研究了葉片尾跡流動結(jié)構(gòu)。渦面模型葉片無量綱環(huán)量的計算結(jié)果與經(jīng)典環(huán)量數(shù)據(jù)對比，結(jié)果吻合較好。計算了根尖渦模型風(fēng)輪面誘導(dǎo)速度隨尾跡擴張系數(shù)的變化關(guān)系，得出了尖速比對氣動性能的影響：推力系數(shù)與環(huán)量及尖速比成正比；對于不同環(huán)量，功率系數(shù)存在最佳尖速比。
2、分析了尾跡擴張模型對氣動性能A的影響：推力系數(shù)一和功一率一系數(shù)一與一尾跡一擴～張系一數(shù)成一正比，尾跡收斂參數(shù)對其影響甚微。關(guān)鍵詞：預(yù)定渦尾跡；誘導(dǎo)速度；環(huán)量；氣動性能中圖分類號：TK83文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1004—3950(2014)04—0010—05一一一一～一一一一～～一一～一一需求，尤其是初始設(shè)計階段。渦流理論在計算0引言精度方面高于葉素動量理論，效率又優(yōu)于計算流氣動性能預(yù)測是風(fēng)力機設(shè)計和校核中不可或體力學(xué)，可準(zhǔn)確用于計算低速不可壓流動。因缺的重要步驟。目前，用于風(fēng)力機空氣動力學(xué)研此，基于渦流
3、理論的風(fēng)力機氣動性能研究與分析究的理論主要可分為四類，即葉素動量理論、二維方法自然成為現(xiàn)今條件下的一種有效選擇并長期勢流理論、渦流理論和計算流體力學(xué)¨。一般成為研究的重要領(lǐng)域。風(fēng)力機的工程設(shè)計軟件，如BLADED等均基于葉渦流理論模型包括預(yù)定尾跡模型和自由尾跡素動量理論。但其僅局限于單一風(fēng)輪的氣動模型。預(yù)定尾跡模型采用升力線理論，即用具有特性計算，未能計及風(fēng)力機尾跡對葉片氣動力以環(huán)量的附著渦代替葉片，通過計算誘導(dǎo)速度預(yù)測及尾渦結(jié)構(gòu)的影響。計算流體力學(xué)計算量大，風(fēng)力機的氣動特性。由于可根據(jù)不同的經(jīng)驗?zāi)Ｎ闪髂Ｐ?/p>
4、選取復(fù)雜，難以滿足風(fēng)力機的實際設(shè)計型，使用不同的子模型，故其具有很強的擴展收稿日期：2014—01—11基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(E511176129)；上海市教育委員會科研創(chuàng)新(重點)項目(13ZZ120)；教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金(博導(dǎo)類)項目(2012312011008)作者簡介：欒忠駿(1990一)，男，江蘇泰州人，碩士，主要從事風(fēng)力機方面的研究。一10一性。自由尾跡模型能直觀顯示尾跡幾何尺寸面，渦線環(huán)量表達式為：變形失真，可預(yù)測風(fēng)力機的瞬時載荷和輸出()：一A，(2)功率¨。
5、口r本文中采用預(yù)定尾跡模型對某5MW風(fēng)力機式中：r為徑向半徑；Ar為環(huán)量躍變點間的距離；的氣動特性進行研究。根據(jù)葉片環(huán)量分布建立根(r)為徑向半徑r處脫落的渦線環(huán)量。尖渦和渦面兩種尾跡模型，以期通過尾跡結(jié)構(gòu)了解擴張尾跡的基本特征；通過對葉片徑向誘導(dǎo)速度和無量綱環(huán)量的計算，得到風(fēng)力機推力系數(shù)和功率系數(shù)并分析各參數(shù)對其影響。l計算模型根據(jù)葉片環(huán)量分布特點，預(yù)定尾跡可分為根尖渦模型和渦面模型。根尖渦模型僅在葉片上布置一個馬蹄渦代替環(huán)量，而實際風(fēng)輪流場中沿葉片徑向存在脫落渦，為此進一步提出渦面模型，即在葉片上重疊多
6、個馬蹄渦，以便更準(zhǔn)確地描述出圖1渦面模型徑向環(huán)量分布及尾跡形狀。根據(jù)風(fēng)輪下游流道擴1．3尾跡擴張模型張?zhí)匦?，建立尾跡擴張模型。數(shù)值計算時，首先計假設(shè)葉根渦位于尾跡中心軸且不擴張，通過算出尾跡結(jié)構(gòu)，然后確定根尖渦模型或渦面模型在葉尖渦運用一個預(yù)定模型考慮尾跡擴張。在經(jīng)葉片環(huán)量大小，最后根據(jù)Kutta—Joukowski定理和驗基礎(chǔ)之上，定義遠場渦截面半徑，如下：Biot—Savart定理分別求解葉素上的升力和尾跡對R2=[1+(WER一1)·tanh(z／r)]R(3)葉片的誘導(dǎo)速度。式中：R為葉片半徑；WE
7、R(WakeExpansion1．1根尖渦模型Ratio，WER)為尾跡擴張系數(shù)，定義為渦線擴張根尖渦模型又稱Joukowski模型，其假設(shè)沿葉至收斂時，遠場渦斷面的半徑與風(fēng)輪半徑的比值；片半徑環(huán)量分布為常量，葉片可等效為具有常環(huán)為尾跡收斂至最終半徑速度影響系數(shù)；為尾跡量廠。的附著渦和葉尖及葉根處的脫落渦。葉尖軸向坐標(biāo)。WER和作為影響尾跡形狀的主要參渦和葉根渦大小相等，方向相反。三葉片風(fēng)力機數(shù)，也影響到功率系數(shù)和推力系數(shù)。根尖渦模型的擴張尾跡由各葉片的根尖渦疊加，根尖渦由根尖處脫落，逐漸擴張至收斂。風(fēng)輪尾
8、2數(shù)值求解跡中由于粘性而引起耗散效應(yīng)，渦強度逐漸衰減且渦核半徑逐漸增大¨。2．1葉片環(huán)量的求解若不考慮渦核半徑，葉根渦位于轉(zhuǎn)子的風(fēng)輪對于根尖渦模型，沿半徑環(huán)量為常量廠(r)軸線或是中心半徑。對于多葉片情形，葉片數(shù)為=廠，脫落的根尖渦環(huán)量大小為，，方向相反，數(shù)Ⅳ。，葉根渦環(huán)量廠?大小為各葉片葉尖渦環(huán)量值模擬不同的廠值對風(fēng)力機性能的影響。渦面模廠之和，即：型中，離散的螺旋渦線產(chǎn)生與來流方向相反的位F。=一Ⅳ·廠。(1
