为研究尾流中不同涡脱落模式下垂直轴风力机(vertical-axis wind turbine,VAWT)叶片的气动响应,基于攻角变化相似性,进行了叶片正弦俯仰振动的比拟实验。研究发现在弦长雷诺数O(105)范围内,尾流存在3种涡型结构前缘离散涡(leading-edge vortex,LEV)、蜿蜒尾流(undulating wake,UW)和反卡门涡街(reverse von Kármán vortex street,Rv KVS);随着叶尖速比λ增大,VAWT叶片缩减频率k增大,攻角幅值α m减小;叶轮叶片几何尺度比R/c较小时,在低λ产生LEV涡型的可能性较小,在高λ产生Rv KVS涡型的可能性较大;R/c较大时,在低λ产生LEV涡型的可能性较大,在高λ产生Rv KVS涡型的可能性较小。LEV涡型导致轻动态失速,造成VAWT叶片发生高频俯仰振动,但对叶轮转矩和VAWT功率影响不大。Rv KVS涡型的出现,伴随叶片升力和转矩幅值增大以及平均推力的产生,会使VAWT叶片扭矩载荷增大,也会使叶轮转矩和输出功率提升...

以采用NACA0021翼型的三叶片直线翼垂直轴风力机为研究对象,利用CFD数值模拟技术研究不同尖速比对直线翼垂直轴风力气动特性的影响。数值模拟采用滑移网格技术,选择k-ωSST湍流模型和SAMPLE迭代算法进行数值计算。数值模拟结果表明,叶片表面上下压差在叶片前缘处最大,并沿着弦线方向逐渐减小,在尾缘处趋于0;叶片表面所受气动力在上流域达到最大,且随着尖速比的增加,叶片上下表面压差变小;增加尖速比可以抑制叶片表面的气流分离;实验对象风力机最佳尖速比λ=1.8。