[發明專利]一種風力機渦尾跡修正方法

有效

• 申請號: 201910119913.8
• 申請日: 2019-02-18
• 公開（公告）號: CN109751201B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 武杰;陳立;肖京平;王強;史雨;李國強;金華;王橋;趙獻禮
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心低速空氣動力研究所
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 包曉靜

本發明涉及風力機測試技術領域，公開了一種風力機渦尾跡修正方法，通過獲取風力機葉片數量、風輪半徑、風輪轉速和葉片弦長，根據風力機運行當地的主風向的風速、空氣密度及空氣粘度，確定風力機葉片的來流風速和迎角，計算渦尾跡形狀，根據尾跡角區域使用不同渦核模型更加準確合理地描述尾跡流場。在初始尾跡角附近時，采用Scully渦模型；向前、向后的尾跡角范圍，采用Lamb?Oseen渦模型；根據流場尾跡角區域選用不同的有效粘性擴散因子。本發明根據尾跡流場時間歷程和空間分布的差異，對一般渦尾跡計算的尾流模型進行修正，使渦尾跡計算的結果更合理、準確。

技術領域

本發明涉及風力機測試技術領域，具體涉及一種風力機渦尾跡修正方法。

背景技術

風力機氣動特性計算方法主要有三種：葉素動量理論、渦尾跡方法、計算流體力學方法。綜合考慮方法的準確性和計算成本，渦尾跡方法更具優勢，而且其本質上具有旋渦特性，能更準確地計及尾流場尾渦間相互誘導作用，是模擬風力機氣動特性較為靈活的數值工具。

自由渦尾跡方法不需要流場的先驗數據，直接通過解渦線控制方程得到尾跡結構，有較強的理論根據，是渦尾跡方法中應用最廣泛的。自由渦尾跡方法中，渦線從葉片尾緣拖出流向下游，渦線的控制節點隨當地流速自由移動，通過求解渦線控制方程得到最終的尾跡幾何形狀。

目前，一般采用自由渦尾跡建模計算風力機氣動特性，尾跡形狀的描述均是采用上述從葉片尾緣拖出自由移動至遠場的方式。這些模型中渦尾跡的計算采用單一渦核模型，并根據某一固定的有效粘性擴散因子作為代表，風力機渦尾跡方法過于簡化。因此亟需一種根據尾跡流場時間歷程和空間分布的差異，對一般渦尾跡計算的尾流模型進行修正，使渦尾跡計算的結果更合理、準確。

發明內容

基于以上問題，本發明提供一種風力機渦尾跡修正方法，根據尾跡流場時間歷程和空間分布的差異，對一般渦尾跡計算的尾流模型進行修正，使渦尾跡計算的結果更合理、準確。

為解決以上技術問題，本發明提供了一種風力機渦尾跡修正方法，包括如下步驟：

S1：獲取風力機葉片數量、風輪半徑、風輪轉速和葉片弦長；

S2：根據風力機運行當地的主風向的風速、空氣密度及空氣粘度，確定風力機葉片的來流風速和迎角；

S3：計算渦尾跡形狀，在初始尾跡角附近，尾跡角的范圍為30°～320°采用Scully渦模型；尾跡角30°以前、320°以后尾跡角范圍，采用Lamb-Oseen渦模型；

渦核模型計算誘導速度公式為：

其中r為風輪半徑，Γ為渦強，r_c為對應于周向誘導速度最大位置的渦核半徑；n的取值為1或2；

S4：根據流場尾跡角區域選用不同的有效粘性擴散因子；計算渦周圍的切向旋轉速度，計算公式為：

r_c為粘性核半徑，為用r_c無量綱化的半徑；r_c隨時間t變化關系為：

r_c隨尾跡角ζ變化關系為：

其中，γ為運動粘性系數，γ＝1.4607×10^-5m²/s；α＝1.25643；δ為有效粘性擴散因子，其取值為從葉尖渦“卷起”階段結束位置(尾跡角為240°)開始到其后120°范圍，取值為0～2，尾跡角超過360°開始，增長到10以上；Ω為風輪旋轉速度，r₀為葉尖渦“卷起”階段結束位置的初始渦核半徑，ζ₀為葉尖渦“卷起”階段結束位置的尾跡角。