某型風(fēng)力渦輪波瓣混合器氣動設(shè)計與數(shù)值研究.pdf

1、能源是人類生存和社會進步的基礎(chǔ)。風(fēng)能利用可以實現(xiàn)能源的可持續(xù)供應(yīng)。在目前的設(shè)計中，商用風(fēng)力機所能利用的風(fēng)能一般為高速風(fēng)能。而在全國的大部分區(qū)域，平均風(fēng)速在2-6m/s范圍內(nèi)變化。設(shè)計一種在低風(fēng)速條件下具有較高風(fēng)能利用率的風(fēng)力機成為目前研究的重點。
　　本文使用波瓣混合器配合單級渦輪的方案來探討低速風(fēng)力機的新型設(shè)計方法。首先，采用參數(shù)化建模的方法，對低速風(fēng)力機內(nèi)的波瓣結(jié)構(gòu)進行建模。之后，通過ANSYS CFX數(shù)值模擬結(jié)果，分析流場中

2、內(nèi)外涵氣流的速度分布和流場中存在的旋渦結(jié)構(gòu)及其相互作用。最后，為了對波瓣原型結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，建立了多元非線性回歸分析模型，獲得了具有優(yōu)良摻混特性的波瓣幾何結(jié)構(gòu)。
　　數(shù)值模擬結(jié)果表明，在波瓣混合器下游流場中存在兩類不同的旋渦結(jié)構(gòu)，即內(nèi)外涵氣流徑向壓力梯度誘導(dǎo)產(chǎn)生的流向渦和內(nèi)外涵氣流速度差產(chǎn)生的K-H擾動誘導(dǎo)產(chǎn)生的正交渦。在靠近波瓣尾緣的下游區(qū)域，流向渦和正交渦進一步發(fā)展，影響范圍逐漸擴大，渦量降低。然后，在Z=0.3m位置處流向

3、渦帶發(fā)生偏轉(zhuǎn)，高渦量區(qū)下移，且在靠近外涵道出口處分叉；正交渦由于受到流向渦的卷吸和合并，在流場下游Z=0.45m位置處斷裂為波峰段和波谷段。正交渦的波谷段發(fā)生偏移，進而與相鄰波瓣誘導(dǎo)產(chǎn)生的正交渦發(fā)生相互作用；波峰段與波谷段兩端合并并向中間收縮，最終在Z=5.0m位置處與遠場氣流完全摻混。流向渦與正交渦的相互作用促進了內(nèi)外涵氣流的快速摻混。從動葉出口不同葉高處的壓力變化可以看出，波瓣混合器增強了內(nèi)外涵流體間的摻混，降低了動葉的出口背壓，增