Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского
ENG
Версия для печати

Неизменность числа Струхаля для крупномасштабных пульсаций в следе ротора

1 Апреля 2014


11:00

Телемост ЦАГИ-ИТПМ СО РАН-СПбГПУ-НИИМ МГУ

Оn-line-трансляция из ИТПМ

ЦАГИ, корп. № 8, конференц-зал

Докладчик: Окулов Валерий Леонидович, vokulov@mail.ru

Авторы: Кабардин Иван Константинович, Миккельсен Роберт, Наумов Игорь Владимирович (ИТ СО РАН, ДТУ Дания)

Тезисы доклада «Неизменность числа Струхаля для крупномасштабных пульсаций в следе ротора»

Безразмерные числа, составленные из размерных физических параметров, играют важную роль в механике жидкости для определения подобия течений, потому что их постоянство может подразумевать динамическое сходство между различными режимами потока. Безразмерный параметр — число Струхаля (St) описывает кинематику следа в потоках за телами и представляет собой отношение произведения частоты (F) основных пульсаций течения и характерного поперечного размера тела (D) к скорости набегающего потока (V). Хорошо известно, что кинематическое подобие течения в виде дорожки Кармана реализуется при постоянном значении числа Струхаля около 0,2 для широкого диапазона другой безразмерной характеристики течения — числа Рейнольдса (800 < Re < 200 000). Аналогичное свойство постоянности числа Струхаля около 0,2 с незначительной коррекцией диапазона чисел Рейнольдса существует для вихревой системы, генерированной при обтекании сферы. В таком течении основные пульсации следа связаны уже не с чередованием вихрей в дорожке Кармана при двумерном обтекании цилиндра, а с прецессией трехмерных винтообразных вихрей в следе за сферой.

В данной работе с помощью цифровой трековой визуализацией (PIV) и лазерно-доплеровской анемометрии (ЛДА) исследовалась неустойчивость следа за трех лопастным ротором модели ветряной турбины в водном канале в потоке с очень низкой степенью турбулентности. Лопатки были спроектированы для оптимальной быстроходности ротора равной 5. Кинематические характеристики следа исследовались на протяжении 10 диаметров вниз по течению за ротором для трех различных скоростей набегающего потока (0,33; 0,45 и 0,64 м/сек) и разных режимов работы турбины с изменением быстроходности от 3 до 9 с шагом 1.

Полученные данные для всех режимов выявили в ближнем следе (до 2 диаметров ротора вниз по течению) существование основных пульсаций потока на двух естественных частотах — лопастной и оборотной. В дальнем следе (на расстоянии более двух диаметров) были обнаружены низкочастотные колебания с частотами на порядок ниже роторных и с уникальным свойством постоянства числа Струхаля около 0,2, которое упомянуто выше и ранее было известно только за обтекаемыми телами.

Механизм низкочастотной неустойчивости дальнего следа за роторами ветряных турбин еще не достаточно изучен. Ранее неустойчивость связывалась с разрушающим воздействием на след крупномасштабных когерентных структур турбулентного атмосферного пограничного слоя и по этой причине низкочастотные колебания в следе были названы его меандрированием между когерентными кластерами, подобно извилинам реки при ее взаимодействии с неровностями рельефа. Обнаруженная самовозникающая низкочастотная неустойчивость в слаботурбулентном течении показывает, что отнесение разрушения дальнего следа только за счет меандрирования не всегда правильно, так как новая неустойчивость имеет совершенно иную природу. В частности, с помощью PIV реконструкции дальнего следа для нее было обнаружено, что она связана с прецессией (вращением) винтообразного вихревого ядра в следе.

Работа поддержана проектом РФФИ № 14-01-31413 мол_а.



Назад к семинару
RSS
Яндекс.Метрика