水平轴风力机三维气动特性实验

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1、万方数据第26卷第3期2005年6月能源技术ENERGYTECHNoLoGYV01．26No．3Tun．2005水平轴风力机三维气动特性实验朱春建，胡丹梅，杜朝辉(上海交通大学涡轮机研究所，上海200030)摘要：以国外某公司的水平轴风力机产品为原型设计模型风力机，并搭建了风洞实验台，测定了风力机三维速度流场，为研究水平轴风力机关键气动问题做好准备，并初步获得风力机的进出口流场的实验数据。表明，所做的风洞实验基本反映了风力机的运行特点，捕捉到了叶片尾迹流动的基本特征，为进一步进行风力机的气动特性研究和设计高性能的水平轴风力机提供了保障。关键词：风能；水平轴风力机；气动特性；热线中图

2、分类号：TK83文献标识码：A文章编号：1005—7439(2005)03—0093—04AerodynamicCharacteris廿csExperime舶onHorizontalA虹sWi芏ldTurbinezHUChun-jian，HuDan-mei，Duzhao_hui(InstituteofTurboMachine哪shan曲aiJiaotongunivers吨shan曲ai200030，china)Abstract：Inthisp叩er’amodelhorizontala)ds、衍ndturbine(HA叼T)andthee)驴erimentfkilityarebuil

3、tupaccordingtoane妇stingHA踊rr．Asapreliminarymeasurement，ahot谢reisusedinthee冲eriment．Theaimofthee冲erimentsistodocumentthe3一Dflow矗eldofthewindturbine’sinletandoutlet，inordertobuilduptheeXperimentaldatausedtoana岍et11ekeyaerodynamicch猢cteristicsof}岍壬哂啪rds：Ⅷndenergy；Horizontal戚s谢ndturbine；Aerodynami

4、ccharacte融icS；Ho嘶re水平轴风力机以其良好的气动性能和方便的维护等优点在风能利用领域得到了广泛的应用；因此目前大规模使用的风力发电设备绝大部分是水平轴风力机。风力机所在的复杂多变的工作环境决定了气动设计的复杂性。从上世纪80年代以来，空气动力学和微观气象学等理论的发展和新技术的应用为风力机提供了更强、更轻和效率更高的叶片，使得风机的能量产出年来以每年5％的速度增长，运行噪声减少了一大半。风轮气动技术的发展提供了高性能的风轮，也为风力机进一步提高性能和降低运行费用的研究提供了方向。1水平轴风力机的主要气动问题(1)翼型设计现代风力机通常采用三叶片或二叶片结构和上风或下

5、风形式。过去叶片通常套用航空翼型，设计者对翼型的气动特性不重视，目光注意的是叶片造型，例如扭曲规律。进入上世纪80年代以后，人们逐渐认识到传统的航空翼型并不适合高性能的风轮翼型，并开始开发新翼型，设计各种适合风力机的具有良好的气动性能的新翼型⋯。(2)静态失速目前广泛应用的风力机叶片设计及性能预估方法，都基于传统的二维叶片叶素理论以及二维翼型风洞实验数据，忽略了旋转的三维效应，低估了实际风轮的动力产生p31。这种理论与实际的差别将产生失速延迟的现象，进一步的探索应该集中在对失速延迟现象的机理的认识上。(3)动态失速动态失速是一种非常复杂的气动现象，可以在许多情况下出现，如大气紊流、

6、偏航工况等等。一旦发生动态失速，叶轮的升力系数特性与风洞实验数据就会出现明显的差别，风轮的动态负荷远远超过实验预计值【4】。目前对于动态失速的研究还处于初步阶段，文献【5。71给出了一些经验模型，但只适用于某些特定的．93·万方数据第26卷第3期2005年6月能源技术ENERGYTECHNoLoGYV01．26No．3Jun．2005范围，预估精度也还需要不断发展和完善。目前对于风力机气动的实验研究大都为对二维风洞中的静止叶片进行的测量。本文参照美国NREL国家可再生能源实验室【8】原型机设计，三叶片直径为10m，轮毂比为0．04，旋转速度为72r／min，叶片翼型采用NRELS8

7、09；根据这些参数，建立模型实验台，对其气动流场进行系统的研究。与传统风力机翼型研究方法不同，本实验台可以测定到风轮转动时叶片前后的三维流动，为上述几大气动问题的进一步理论研究提供实验基础，为建立精确的数值计算模型提供依据。2实验装置实验中的主要设备有风洞、模型水平轴风力机和测量系统，如图1所示。其中风洞按照GB／T1236—2000《工业通风机用标准风道进行性能试验》标准设计，采用后部吸气方式，风洞前面加有整流金属网4和多孔整流栅5，用来减少来流风速的紊流度。实验利