叶片翘角对跨流涡轮性能与负载的影响

跨流涡轮显示出在风能和潮汐能发电方面的潜力。跨流涡轮叶片的旋转参考系会导致由于流线曲率产生的虚拟翘角和入口角，从而改变叶片的升力、阻力和俯仰力矩。因此，添加几何翘角可能会改变性能和负载，但目前关于哪种翘角方向最为有利尚无共识。本研究将 2% 曲凹内侧和曲凹外侧翘角的叶片 (NACA 2418) 与对称 NACA 0018 薄翼进行比较，后者用于半径-弦长比为 0.49 的涡轮。实验性能测量在不同转速比范围内进行比较，并使用粒子图像测速法探讨旋转内流场随循环的演化。曲凹外侧叶片通过增强虚拟翘角和功率作用中的升力，表现出次优性能。相比之下，曲凹内侧翘角叶片通过增强下游流动再附着，略微改善了对称叶片的性能，这种改进超过了峰值功率输出降低的影响。随着转速比的增加，这两种翘角叶片之间的差异也随之增大。此外，这些曲凹内侧叶片可降低峰值负载 13%，这在高转速比下的未来设计中可能具有关键意义。对近叶片流场的探索表明，几何翘角的影响是非线性的，单纯将几何翘角和虚拟翘角相加来考虑翘角效应的做法可能过于简单化。尽管如此，相应的经验证实仿真表明，小幅正向总翘角（几何翘角加虚拟翘角）对该涡轮最为有利。