实用规模风力涡轮机转子叶尖剪切层中的相干动力学
流体动力学
2016-09-21 v1
摘要
最近在现场实验中，使用基于雪花的超大规模粒子图像测速（SLPIV）(Hong et al., Nature Comm., vol. 5, 2014, no. 4216)在2.5 MW风力涡轮机的近尾流（转子下风向最多0.5个转子直径）中成功将叶尖涡核可视化为无雪区域。然而，如此可视化的雪空洞表明叶尖涡核形状复杂，由圆形核与明显的细长彗星状尾迹组成。我们采用大涡模拟（LES）来阐明实验确定的复杂叶尖涡的结构与动力学。结果表明LES在定性上很好地再现了与SLPIV结果一致的涡核，基本上捕获了叶尖剪切层现场观察到的所有涡核模式。我们表明，可视化的涡模式是转子叶尖剪切层中由叶尖涡与第二组与叶尖涡交织的反向旋转螺旋涡之间相互作用驱动的能量相干动力学的结果。我们进一步表明，这种丰富相干动力学发生的区域内的平均流满足Leibovich和Stewartson (J. Fluid Mech., vol. 126, 1983, pp. 335--356)提出的不稳定性判据，表明SLPIV和LES揭示的不稳定性为离心型。本研究突出了采用雪空洞可视化叶尖涡的可行性，并展示了将SLPIV与LES集成作为获取实用规模风力涡轮机尾流新见解的强大工具的巨大潜力。
引用
@article{arxiv.1512.02517,
title = {Coherent dynamics in the rotor tip shear layer of utility scale wind turbines},
author = {Xiaolei Yang and Jiarong Hong and Matthew Barone and Fotis Sotiropoulos},
journal= {arXiv preprint arXiv:1512.02517},
year = {2016}
}
备注
10 pages, 6 figures, submitted to Journal of Fluid Mechanics