耦合大涡模拟(Large-Eddy Simulation,LES)与致动线方法(Actuator Line Method,ALM),对均匀入流下的水平轴风力机作数值模拟研究,探究三种亚格子(Subgrid-Scale,SGS)模型下风力机的尾流特性。结果表明雷诺应力与湍流切应力在叶尖涡与叶根涡区有明显的最大值与极大值,尾迹随下游位置的变化呈现出逐渐增大的各向同性;平均速度亏损比产生的湍流更持久。不同SGS模型在相同叶尖速比下得到的轴向速度干扰因子和速度环量沿叶片径向分布几乎相同。相同位置处的尾涡由不同强度的涡旋组成,能量较小的涡旋是尾涡组成中的主要部分;尾流发展的过程中,强度较大的涡集中在尾涡中心,强度较小的涡在尾涡外围分布。对于所使用的三种亚格子模型,能预测出相似的尾流效应,亚格子模型的选择对尾流的模拟影响较小;νSGS=0时,求解过程只有数值耗散,仍能获得很好的模拟结果。

以一台1.5 MW变桨变速型三叶片风力机为研究对象,探讨了三种入流条件下水平轴风力机气动性能的异同,着重研究了一种典型低空急流对水平轴风力机气动性能的影响.结果表明:低空急流下风轮的功率和推力比均匀流和剪切流的大;低空急流下叶片表面压力总体大于其他两种流动,急流衰减内的翼型截面在吸力面中段存在一个比剪切更加显著的压力突降区;叶片各截面的法向力系数和切向力系数整体大于其他两种流动;低空急流下各截面的攻角比剪切流的大0.05%~36.66%,叶片表面的失速区尤其是叶根附近的失速区相对其他两种流动更大,分离线向前缘靠近,急流衰减内的翼型截面分离涡现象更加明显;对不同特征低空急流下水平轴风力机气动性能影响的研究将在未来的工作中进行.