某型風力渦輪波瓣混合器氣動設計與數值研究.pdf

1、能源是人類生存和社會進步的基礎。風能利用可以實現能源的可持續(xù)供應。在目前的設計中，商用風力機所能利用的風能一般為高速風能。而在全國的大部分區(qū)域，平均風速在2-6m/s范圍內變化。設計一種在低風速條件下具有較高風能利用率的風力機成為目前研究的重點。
　　本文使用波瓣混合器配合單級渦輪的方案來探討低速風力機的新型設計方法。首先，采用參數化建模的方法，對低速風力機內的波瓣結構進行建模。之后，通過ANSYS CFX數值模擬結果，分析流場中

2、內外涵氣流的速度分布和流場中存在的旋渦結構及其相互作用。最后，為了對波瓣原型結構進行優(yōu)化設計，建立了多元非線性回歸分析模型，獲得了具有優(yōu)良摻混特性的波瓣幾何結構。
　　數值模擬結果表明，在波瓣混合器下游流場中存在兩類不同的旋渦結構，即內外涵氣流徑向壓力梯度誘導產生的流向渦和內外涵氣流速度差產生的K-H擾動誘導產生的正交渦。在靠近波瓣尾緣的下游區(qū)域，流向渦和正交渦進一步發(fā)展，影響范圍逐漸擴大，渦量降低。然后，在Z=0.3m位置處流向

3、渦帶發(fā)生偏轉，高渦量區(qū)下移，且在靠近外涵道出口處分叉；正交渦由于受到流向渦的卷吸和合并，在流場下游Z=0.45m位置處斷裂為波峰段和波谷段。正交渦的波谷段發(fā)生偏移，進而與相鄰波瓣誘導產生的正交渦發(fā)生相互作用；波峰段與波谷段兩端合并并向中間收縮，最終在Z=5.0m位置處與遠場氣流完全摻混。流向渦與正交渦的相互作用促進了內外涵氣流的快速摻混。從動葉出口不同葉高處的壓力變化可以看出，波瓣混合器增強了內外涵流體間的摻混，降低了動葉的出口背壓，增