水平軸風(fēng)力機(jī)三維流場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、風(fēng)能作為一種取之不盡、用之不竭的新型能源具有良好的應(yīng)用前景和開(kāi)發(fā)潛力。我國(guó)的風(fēng)能資源比較豐富，大力發(fā)展風(fēng)電事業(yè)符合我國(guó)確立的可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略要求。水平軸風(fēng)力機(jī)因其方便的維護(hù)和較高的風(fēng)能捕捉效率在風(fēng)電領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其氣動(dòng)特性對(duì)整個(gè)風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行性能和使用壽命起著決定性作用。近年來(lái)，我國(guó)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)正在興起，針對(duì)風(fēng)力機(jī)理論和應(yīng)用的研究也逐步深入。在風(fēng)力機(jī)的研制和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，還有許多理論問(wèn)題沒(méi)有解決，風(fēng)輪的氣動(dòng)設(shè)計(jì)就是其中最重要也是最關(guān)

2、鍵的問(wèn)題之一。在風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行中，靜態(tài)失速、動(dòng)態(tài)失速、動(dòng)態(tài)負(fù)荷等這些與風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)密切相關(guān)的問(wèn)題還沒(méi)有得到很好的解決。本文的目的是通過(guò)對(duì)水平軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪前后流場(chǎng)的研究，提高對(duì)水平軸風(fēng)力機(jī)流動(dòng)的認(rèn)識(shí)，為進(jìn)一步研究風(fēng)力機(jī)靜態(tài)失速、動(dòng)態(tài)失速等問(wèn)題，建立計(jì)算模型提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 實(shí)驗(yàn)測(cè)量是研究葉輪機(jī)械內(nèi)部流場(chǎng)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(xiàn)通過(guò)多點(diǎn)采樣技術(shù)和鎖相平均技術(shù)獲得三維速度。 本文的主要研究?jī)?nèi)容與研究成果

3、如下： 1、設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試了水平軸風(fēng)力機(jī)模型的實(shí)驗(yàn)裝置，包括風(fēng)洞系統(tǒng)、模型水平軸風(fēng)力機(jī)以及實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置。解決了一些測(cè)量中所遇到的問(wèn)題，比如葉片安裝角的確定、熱線(xiàn)探針初始位置角的確定和風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的控制等。 2、利用五孔探針對(duì)風(fēng)輪前后的周向平均速度進(jìn)行了測(cè)量，詳細(xì)探討了本實(shí)驗(yàn)中所用到的五孔探針測(cè)量數(shù)據(jù)的求解方法，以及測(cè)量時(shí)所需注意的問(wèn)題，并給出了風(fēng)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(zhuǎn)測(cè)量的方法測(cè)量

4、風(fēng)輪前后三維速度，并用MATLAB自行編制的程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)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(xiàn)探針對(duì)風(fēng)輪前后z/c=-10、-0.5、0.5、1.5和3.0五個(gè)軸向位置進(jìn)行了測(cè)量。 4、在葉尖速比為0.5的條件下，用單斜絲熱線(xiàn)測(cè)量了水平軸風(fēng)力機(jī)前后流場(chǎng)，給出了軸向速度、周向速度和徑向速度在風(fēng)輪前后的分布情況，特別是葉片尾跡區(qū)內(nèi)部的流動(dòng)特點(diǎn)，著重分析了尾跡的基本結(jié)構(gòu)以及在下游的發(fā)展過(guò)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(guò)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(duì)葉尖速比分別為0.5、1.0、2.0和3.5時(shí)尾跡的半尾跡寬度和最大軸向速度虧損進(jìn)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(shí)半尾跡寬度最小，可以認(rèn)為在該位置葉尖速比為1時(shí)，葉片附面層較薄，葉片流動(dòng)損失較小。 通過(guò)