[发明专利]一种用于风力机的涡面/涡环混合自由涡尾迹方法

摘要

本发明公开一种用于风力机的涡面/涡环混合自由涡尾迹方法，包括以下几个步骤步骤一给定风轮和叶片基本参数和初始入流条件；步骤二计算初始尾迹形状；步骤三根据叶素理论计算叶片各叶素的入流角和迎角，确定叶素的附着环量、尾随涡强度和脱体涡强度；步骤四计算近尾迹节点及涡环控制点的诱导速度，并确定新的尾迹形状，包括近尾迹涡面和远尾迹涡环；步骤五由新尾迹形状计算叶素控制点的诱导速度，计算方法同步骤四；步骤六计算几何残差，当几何残差小于设定的阈值时，尾迹形状收敛，进行步骤七；否则返回步骤三；步骤七计算叶片的气动载荷及气动性能。该涡尾迹方法能缩短计算时间。

主权项

一种用于风力机的涡面/涡环混合自由涡尾迹方法，其特征在于：包括以下几个步骤：步骤一：采集风力机中风轮和叶片的以下参数：风轮半径R、风轮转速Ω、来流速度叶素段数NE、方位角一圈离散段数NT和翼型数据；步骤二：计算初始尾迹形状，包括近尾迹涡面中节点在直角坐标系中三个方向的坐标、远尾迹的叶根涡环中节点在直角坐标系三个方向的坐标和远尾迹的叶尖涡环中节点在直角坐标系三个方向的坐标；其中，近尾迹涡面中节点的计算方法为：各边界点距风轮中心距离表示为：(rbp)g=Rtg=1Rt+2πarccos(1-g-1NE)-0.10.9(R-Rt)g=2,3,...,NE+1]]>式中，Rt为叶根与风轮中心的距离；控制点距风轮中心距离为：(rcp)h=12[(rbp)h+(rbp)h+1],h=1,2,...,NE]]>叶片在方位角为ψj时，第g个叶素边界拖出的尾迹中寿命角为ζk的节点在直角坐标系中三个方向的坐标为：式中，V0为来流速度的数值，Δζ为时间差Δt对应的寿命角步长，k表示尾迹离散后的节点序号，从叶片尾缘拖出的第一个涡线节点开始计数，k最大值等于尾迹总的寿命角除以步长，步长等于360度除以NT；远尾迹的叶根涡环中节点在直角坐标系三个方向的坐标为：式中，ζcontrol为涡环控制点的寿命角；叶尖涡环中节点在直角坐标系三个方向的坐标为：xtip(j,k)=Rcos(ψj-ζk)ytip(j,k)=Rsin(ψj-ζk)ztip(j,k)=ΔtζcontrolΔζV0;]]>步骤三：根据叶素理论计算叶片各叶素的入流角和迎角，确定叶素的附着环量、尾随涡强度和脱体涡强度；步骤四：计算近尾迹节点及涡环控制点的诱导速度，并确定新的尾迹形状，包括近尾迹涡面和远尾迹涡环；步骤五：根据步骤四确定的新的尾迹形状，计算叶素控制点的诱导速度；步骤六：计算前述新的尾迹形状的几何残差，该几何残差用新的尾迹形状与初始尾迹形状中各节点坐标的均方差表示，当几何残差小于设定的阈值时，该新的尾迹形状收敛，进行步骤七；否则返回步骤三；步骤七：计算叶片的气动载荷及气动性能。