高阻抗跨流涡轮阵列的线性动量和阻力体模型的实验验证

在受限流动中，涡轮及其近端湍流动力学的性能取决于阻抗比，即涡轮投影面积与通道横截面积之比。虽然阻抗被认为会增加跨越通道的涡轮“围栏”的功率系数，但大多数在实际可实现阻抗比上限范围内的研究仍为理论或数值形式。此外，尽管线性动量执行器盘理论常用于建模受限流动中的涡轮，但随着约束程度的增加，该理想化模型描述性能和流场的能力尚未得到证明。本文对阻抗比从 30% 到 55% 范围内两组交叉流涡轮的性能和近端湍流场进行了实验评估。测量的 bypass 区域流速可由 Houlsby 等人 (2008) 开发的开放通道线性动量模型准确预测，而湍流流速则不行。此外，识别出在阻抗比范围内自相似的功率和推力系数，当阵列性能按模型化的 bypass 流速进行比例缩放时，遵循 Whelan 等人 (2009) 采用 Maskell (1963) 的阻力体理论所述。该结果表明，尽管存在多种非理想因素，相对简单的模型仍能定量描述高度受限的涡轮。由此提出了一种预测阻抗下阵列性能的解析方法。总体而言，本工作阐明了较高约束下的涡轮性能，并证明了解析模型在预测和解释其湍流动力学方面的适用性。