横流涡轮叶片动态失速发展的分析

本研究通过计算手段考察了横流涡轮叶片复杂的动态失速现象，利用模态分析识别周期内相关事件。叶片垂直于来流的旋转产生了弯曲的相对流动、相对流速与攻角的非正弦变化，以及必须穿越自身尾流的需求。这些复杂性对传统的动态失速预测因子（如俯仰率、俯仰力矩或相对攻角）提出了挑战。为研究这些现象，考察了来自大涡模拟的叶片气动载荷与流场，涵盖两个叶尖速比。采用速度场的正确正交分解来分析主导流动特征的时空演化。模态的时间发展系数揭示了在较高旋转速率下对流动更强的表征，捕捉了相对流速大小与叶片升力生成的趋势，以及涡形成与脱离等关键事件。此外，通过采用非恒定旋转速率（周期内控制或角速度控制），平均发电能力提升了40%。流场及模态分析中的相应变化表明，延迟失速行为是额外能量提取的原因。最后，与非旋转俯仰或 plunge 翼型相比，流动曲率、历史效应与诱导流动被确定为改变动态失速起始及由此产生的力与力矩曲线的显著因素。