全尺寸垂直轴风力机近尾流结构

为设计并优化垂直轴风力机（VAWT）阵列以实现最大功率密度和最小尾流损失，需要仔细考量这些风力机在真实运行条件下尾流固有的三维结构。为此，开发了一种新的体粒子追踪测速方法，用于在现场条件下测量全尺寸 VAWT 周围的三维流场。实验在位于加州兰开斯特的优化风能野外实验室（FLOWE）进行，使用六台相机并将人工雪作为示踪粒子。针对一台具有五片直叶片的 2-kW 风力机和一台具有三片螺旋叶片的 1-kW 风力机，在每个风力机两个不同尖速比下以及基于转子直径 $D$ 的雷诺数介于 $1.26 \times 10^6$ 和 $1.81 \times 10^6$ 之间，获得了速度与涡量测量。观察到螺旋叶片风力机会诱发倾斜尾流。通过考虑旋转叶片脱落的涡线动力学，将倾斜尾流与螺旋叶片的几何形状联系起来。此外，量化了倾斜尾流对由风力机旋转诱导的流向马蹄涡的影响。最后，考察了这些动力学对尾流恢复的意义。因此，本研究建立了 VAWT 几何特征与其近尾流区域显著三维流动特征之间的流体力学联系，这有可能为风力机设计以及风力机高效阵列的布置提供指导。