多拍摄窗口风轮近尾迹子午面叶尖涡测试

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1、中国工程热物理学会热机气动热力学学术会议论文编号：102024多拍摄窗口风轮近尾迹子午面叶尖涡测试1,211,21,21汪建文由志刚高志鹰东雪青于海鹏（1.内蒙古工业大学能源与动力工程学院呼和浩特010051；2.内蒙古自治区可再生能源实验室）(Tel:0471-6576714,Email:wangjw@imut.edu.cn)摘要：采用PIV测试技术对三叶片水平轴风力机近尾迹流场进行测试。受拍摄面积的限制，将近尾迹流场分为两个拍摄窗口，实验数据统一到同一坐标系下，研究近尾迹整体的流动细节。通过速度场分析发现，随着叶尖涡

2、向风轮下游的演化过程中，叶尖涡波动强烈。来流经风轮后，风轮吸收部分能量，转换为机械能，另一部分能量则集中在风轮后方的尾流。来流通过风轮后，轴向动量较之来流减少，而风轮旋转诱导切向速度使旋转动量增加，下游的涡流半径增大。针对同一子午面分析，尖速比的变化影响叶尖涡的形成及变化趋势，由于风轮的不稳定性及三只叶片产生尾迹的相互干扰，实际流场叶尖涡涡核中心连线呈1/4椭圆状，并不呈线性，但同近尾迹理想模型近似，在一定条件下可以表示近尾迹的轮廓。对于不同尖速比，不同子午面，尖速比越大，叶尖涡径向位移越大，涡流的诱导效应区域越大。关键

3、词：水平轴风力机；近尾迹；PIV测试；叶尖涡0引言期成熟起来的先进测量技术，可以实现瞬[4][5][6]给定来流，无论是静止或旋转的风时场的测量。Grant及Dobrev等人采轮，都将产生叶尖涡。叶尖涡在风力机空用PIV技术对风轮的近尾迹结构进行了研气动力学中起着重要作用，叶片上脱落的究，得到了近尾迹结构的一些定性结果。叶尖涡是流动阻力、气动噪声、不稳定产本文在水平轴风力机叶尖涡流动的PIV测[7][1]试基础上，向下游拓宽研究区域，采用生的主要源泉。而近尾迹结构特征是水平轴风力机空气动力学性能预测和分析PIV技术，在5

4、个尖速比下，对水平轴风[2]力机流场进行测试，探寻叶尖涡随尖速比的基础。早期，对于水平轴风力机空气动力学研究，普遍采用经验性尾迹模型进和不同子午面内演化的过程，为风力机尾行简化和假设，如叶片叶素——动量理论迹模型的修正和CFD数值计算提供参考。（BEMT），其中并未涉及叶尖附近局部流1实验方案动变化细节。为了揭示风力机的尾迹结1.1实验设备[3]构，Mast等使用热线测速仪，进行风洞实验是在内蒙古工业大学、内蒙古自实验，此方法只能获得某一点研究区域的治区可再生能源重点实验室的B1/K2直瞬时场，很难获得叶尖涡的宏观流动细

5、式低速风洞开口段进行的，开口实验段的节。近年来，研究者大多采用粒子图像测直径为2.04m，风速由数字变频器调节，速技术（ParticleImageVelocimetry）对流场进行测试，PIV技术是九十年代后期成风速调节范围是0-20m/s。实验针对风轮基金项目：国家自然科学基金资助项目（No.50976047），教育部博士点基金（No.20091514110001）的直径为2.04m，风速由数字变频器调节，生的片光源固定，为了采集到待测叶片转风速调节范围是0-20m/s。实验针对风轮过0º-110o步长10o的12个子

6、午面的流场信息，实验过程中通过轴编码器进行控直径1.4m水平轴三叶片风力机进行研究，制。将待测叶片前缘点位于片光源内的这风力机功率为100W，翼型为NACA4415。信息，实验过程中通过轴编码器进行控流场测试采用美国TSI公司生产的PIV系制。将待测叶片前缘点位于片光源内的这统，包括1）BigSky公司生产的双钕钇铝一子午面调整到同轴器0o触发位置。在每石榴石激光器，最大功率为15Hz，单个一子午面内，分别测试五种不同尖速比?脉冲能量最大120MJ，脉宽3-10ns，激光的流场。受相机的限制，图像采集最大面束的波长范围5

7、45-780nm；2）图像采集使积为300×225mm，为了得到近尾迹整体的信息，需要将近尾迹区域分为2个窗口进用PowerView™2MP自/互相关CCD相#行拍摄，1平面延伸到风轮上游，拍摄面机，分辨率为1600×1200像素，相机前#的尺寸为250×190mm，而2平面根据课题加12位防强光保护镜头，采集速度16帧组前期实验得到涡流的走势，沿径向方/s；3）示踪粒子由ROSCO公司生产的1700#向，向上移动2mm,轴向方向与1窗口重叠大型烟雾发生器提供，粒径约为1~2µm；2mm（如图1所示）。4）LaserPu

8、lse™同步器能够实现外部脉冲2结果与分析信号对采集系统的同步触发，而这个脉冲实验在?=4.5、5、5.5、6、6.5五个信号由OMRONE6B2-CWZ6C轴编码器尖速比的工况下，对不同子午面的流场进和同轴器在风轮旋转时提供。通过调节电行测试，每个子午面拍摄多组相互关图阻型负载可以控制风轮转速，并采用像。将得到原始