加速度ポテンシャル法とパネル法の併用による水平軸風車空力特性の数値解析

加速度势法与面板法相结合的水平轴风力机气动特性数值分析

基本信息

批准号：
05750162
负责人：
長谷川豊
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750162/
关键词：
Turbo Machine Horizontal Axis Wind Turbine Numerical Analysis Panel Method Acceleration Potential Free Wake Vortex Lattice Dynamic Intlow

项目摘要

加速度ポテンシャル法とパネル法のそれぞれを3次元並進翼,ならびに水平軸風車の回転翼車(ロータ)周りの流れの解析に適用することにより,両計算法の特徴と適用限界を把握するとともに,併用の可能性を調べた.1.加速度ポテンシャル法による水平軸風車の特性解析加速度ポテンシャル理論に基づく非粘性モデルを使用して,定常運転時および流入風速変動時における水平軸風車のロータ特性を数値計算により推定した.この計算モデルにおいては,風車翼は圧力に関するラプラス方程式の漸近解から構成される翼幅方向と翼弦方向の圧力分布によって表される.風車流入速度は流体粒子に働く加速度を積分することによって求められ,流入速度から翼負荷が決定される.したがって,本計算モデルはパネル法における自由後流モデル(Free Wake Model)に対応するため,流入風速変動時の後流中における非定常性の影響が計算モデルの中で容易に考慮できる.なお,本計算法は計算時間が短いという長所を持つ半面,翼断面形状を忠実に計算に反映することが困難である.2.パネル法による水平軸風車の特性解析パネル法は,チップベーンのような任意の形状を持つ三次元揚力物体周りの流れ場の解析に有効である.水平軸風車の場合,ロータ回転面近くでの誘導速度が大きいため後流が大きく広がる.このため,後流渦面の形状を適切に決めることが重要である.本研究では,ロータ翼とその後流渦面を渦格子であらわし,各時間ステップ毎に後流渦面の格子点での誘導速度を計算し,時間毎に後流渦面を決定する自由後流モデルを用いた.このモデルを用いた数値計算結果を,加速度ポテンシャル法による計算結果および過去に行われた実験結果と比較した.自由後流モデルは精度を上げるためには時間ステップ間隔を細かく取らなければならず,収束値を得るまでの計算時間は,加速度ポテンシャル法と比較して非常に長いものとなる.

通过将加速度势法和面板法应用于水平轴风力机三维平动叶片和转子的绕流分析，可以了解两种计算方法的特点和应用限制，并结合使用。 1. 采用加速势法对水平轴风力机进行特性分析采用基于加速势理论的无粘模型，通过数值计算估计了水平轴风力发电机的转子特性。在该计算模型中，风力发电机叶片由跨度方向和弦方向上的压力分布来表示，该压力分布由拉普拉斯方程的渐近解组成。速度是通过对作用在流体质点上的加速度进行积分而得到的，而叶片载荷是由流入速度确定的，因此，该计算模型是基于面板法中的自由尾流模型。唤醒(模型)，在计算模型中可以很容易地考虑入流风速波动时尾流不稳定性的影响。虽然这种计算方法具有计算时间短的优点，但在计算中很难忠实地反映形状。使用面板方法。用于表征水平轴风力涡轮机的面板方法对于分析任意形状的三维提升物体（例如切屑叶片）周围的流场是有效的。对于水平轴风力涡轮机，转子旋转表面附近的诱导速度为由于尺寸大，尾流传播范围广。为此，尾流涡流表面的形状必须适当成形。在本研究中，转子叶片和尾涡表面由涡网格表示，并计算每个时间步长的尾涡表面网格点处的诱导速度，并使用自由尾流模型来确定表面。使用该模型的数值计算结果为我们将使用拉伸法的计算结果与过去进行的实验结果进行了比较。为了提高自由尾流模型的精度，必须细化时间步间隔，获得收敛值的计算时间为方法比潜在方法长得多。