為了研究塔影效應(yīng)對大型水平軸風力機的影響,選取NREL 5MW風力機作為研究對象,利用Fluent軟件對單臺風力機的不同工況進行數(shù)值模擬。結(jié)果表明:塔影效應(yīng)的影響主要發(fā)生在葉片方位角為140°²10°的時域內(nèi);當葉片掃掠過塔筒時,其不同周向位置的轉(zhuǎn)矩和軸向推力出現(xiàn)大幅波動,轉(zhuǎn)矩的相對波動幅度隨來流風速的減小而減小,葉片所受軸向推力的相對波動幅度隨來流風速的減小而增大;由于葉片尖部周向線速度較大,在研究塔影效應(yīng)時需考慮葉輪旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響;對于風力機尾跡流場,旋轉(zhuǎn)半徑越大處,塔筒造成的尾跡越明顯,其長度約為葉輪直徑的2倍。 

【文章來源】：動力工程學(xué)報. 2018,38(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

圖１計算域模型Ｆｉｇ．１Ｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎ

ｍ，深度為８ｍ，關(guān)于旋轉(zhuǎn)平面對稱，旋轉(zhuǎn)中心距地面高度為９０ｍ；靜止域入口距葉輪旋轉(zhuǎn)平面為２５０ｍ，出口距葉輪旋轉(zhuǎn)平面距離為１０００ｍ，寬為６００ｍ，高為４００ｍ，靜止域為長方體。圖１計算域模型Ｆｉｇ．１Ｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎ１．２網(wǎng)格劃分采用ＩＣＥＭ－ＣＦＤ網(wǎng)格劃分軟件對旋轉(zhuǎn)域和靜止域分別進行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分。劃分旋轉(zhuǎn)域網(wǎng)格時，先劃分出三分之一旋轉(zhuǎn)域網(wǎng)格，再沿旋轉(zhuǎn)軸進行周期性旋轉(zhuǎn)，得到整個旋轉(zhuǎn)域的計算網(wǎng)格，如圖２所示。圖２旋轉(zhuǎn)域劃分網(wǎng)格Ｆｉｇ．２Ｄｉｖｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｔａｔｉｎｇｆｉｅｌｄ對葉片外圍流場進行Ｏ剖分，并單獨劃分流動邊界層，如圖３所示。由于風力機模型的葉輪直徑達１２６ｍ，幾何尺寸很大，為保證網(wǎng)格數(shù)量在可計算范圍之內(nèi)，沿葉片展向的網(wǎng)格節(jié)點數(shù)較少，導(dǎo)致邊界層網(wǎng)格的長和寬較大。為防止網(wǎng)格長寬比過大，影響計算精度［９］，采用壁面函數(shù)法處理邊界層；為滿足Ｙ＋要求［１０］，第１層網(wǎng)格高度為１．５ｍｍ，網(wǎng)格增長比為１．１，共１４層。（ａ）葉片根部（ｂ）葉片中部（ｃ）葉片尖部圖３不同葉高處的網(wǎng)格分布Ｆｉｇ．３Ｇｒｉｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｌａｄｅｈｅｉｇｈｔｓ選取額定工況進行網(wǎng)格無關(guān)性驗證，結(jié)果如表１所示。考慮到計算的準確性，選擇網(wǎng)格數(shù)為·２３８·動力工程學(xué)報第３８卷

ｍ，深度為８ｍ，關(guān)于旋轉(zhuǎn)平面對稱，旋轉(zhuǎn)中心距地面高度為９０ｍ；靜止域入口距葉輪旋轉(zhuǎn)平面為２５０ｍ，出口距葉輪旋轉(zhuǎn)平面距離為１０００ｍ，寬為６００ｍ，高為４００ｍ，靜止域為長方體。圖１計算域模型Ｆｉｇ．１Ｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎ１．２網(wǎng)格劃分采用ＩＣＥＭ－ＣＦＤ網(wǎng)格劃分軟件對旋轉(zhuǎn)域和靜止域分別進行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分。劃分旋轉(zhuǎn)域網(wǎng)格時，先劃分出三分之一旋轉(zhuǎn)域網(wǎng)格，再沿旋轉(zhuǎn)軸進行周期性旋轉(zhuǎn)，得到整個旋轉(zhuǎn)域的計算網(wǎng)格，如圖２所示。圖２旋轉(zhuǎn)域劃分網(wǎng)格Ｆｉｇ．２Ｄｉｖｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｔａｔｉｎｇｆｉｅｌｄ對葉片外圍流場進行Ｏ剖分，并單獨劃分流動邊界層，如圖３所示。由于風力機模型的葉輪直徑達１２６ｍ，幾何尺寸很大，為保證網(wǎng)格數(shù)量在可計算范圍之內(nèi)，沿葉片展向的網(wǎng)格節(jié)點數(shù)較少，導(dǎo)致邊界層網(wǎng)格的長和寬較大。為防止網(wǎng)格長寬比過大，影響計算精度［９］，采用壁面函數(shù)法處理邊界層；為滿足Ｙ＋要求［１０］，第１層網(wǎng)格高度為１．５ｍｍ，網(wǎng)格增長比為１．１，共１４層。（ａ）葉片根部（ｂ）葉片中部（ｃ）葉片尖部圖３不同葉高處的網(wǎng)格分布Ｆｉｇ．３Ｇｒｉｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｌａｄｅｈｅｉｇｈｔｓ選取額定工況進行網(wǎng)格無關(guān)性驗證，結(jié)果如表１所示�？紤]到計算的準確性，選擇網(wǎng)格數(shù)為·２３８·動力工程學(xué)報第３８卷

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3474956