水平軸風力機三維流場實驗研究.pdf

1、風能作為一種取之不盡、用之不竭的新型能源具有良好的應用前景和開發(fā)潛力。我國的風能資源比較豐富，大力發(fā)展風電事業(yè)符合我國確立的可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略要求。水平軸風力機因其方便的維護和較高的風能捕捉效率在風電領域得到了廣泛的應用，其氣動特性對整個風力機的運行性能和使用壽命起著決定性作用。近年來，我國的風電產業(yè)正在興起，針對風力機理論和應用的研究也逐步深入。在風力機的研制和開發(fā)過程中，還有許多理論問題沒有解決，風輪的氣動設計就是其中最重要也是最關

2、鍵的問題之一。在風力機的運行中，靜態(tài)失速、動態(tài)失速、動態(tài)負荷等這些與風力機氣動密切相關的問題還沒有得到很好的解決。本文的目的是通過對水平軸風力機的風輪前后流場的研究，提高對水平軸風力機流動的認識，為進一步研究風力機靜態(tài)失速、動態(tài)失速等問題，建立計算模型提供基礎數(shù)據(jù)。 實驗測量是研究葉輪機械內部流場研究的重要方法之一。本文主要利用體積小巧的單斜絲熱線通過多點采樣技術和鎖相平均技術獲得三維速度。 本文的主要研究內容與研究成果

3、如下： 1、設計、安裝、調試了水平軸風力機模型的實驗裝置，包括風洞系統(tǒng)、模型水平軸風力機以及實驗測量裝置。解決了一些測量中所遇到的問題，比如葉片安裝角的確定、熱線探針初始位置角的確定和風輪轉速的控制等。 2、利用五孔探針對風輪前后的周向平均速度進行了測量，詳細探討了本實驗中所用到的五孔探針測量數(shù)據(jù)的求解方法，以及測量時所需注意的問題，并給出了風輪前后的靜壓和總壓分布。 3、利用單斜絲探針采用六次旋轉測量的方法測量

4、風輪前后三維速度，并用MATLAB自行編制的程序對數(shù)據(jù)進行鎖向平均以及最小二乘法處理，獲得了這些位置上的三維速度的周向分布。采用單斜絲熱線探針對風輪前后z/c=-10、-0.5、0.5、1.5和3.0五個軸向位置進行了測量。 4、在葉尖速比為0.5的條件下，用單斜絲熱線測量了水平軸風力機前后流場，給出了軸向速度、周向速度和徑向速度在風輪前后的分布情況，特別是葉片尾跡區(qū)內部的流動特點，著重分析了尾跡的基本結構以及在下游的發(fā)展過程。

5、 5、采用尾跡半寬度和最大軸向速度虧損定量分析尾跡發(fā)展過程，由于沿下游尾跡不斷和主流摻混使得半尾跡寬度增大，尾跡最大速度虧損變小，在z/c=3.0 處尾跡和主流基本摻混完全。 6、對葉尖速比分別為0.5、1.0、2.0和3.5時尾跡的半尾跡寬度和最大軸向速度虧損進行了比較。發(fā)現(xiàn)在r/R=0.4，z/c=0.5處，葉尖速比為1時半尾跡寬度最小，可以認為在該位置葉尖速比為1時，葉片附面層較薄，葉片流動損失較小。 通過