×
安东尼奥·波萨;里卡多·布罗格里亚;埃利亚斯·巴拉斯

轴流式水轮机在均匀流中脱落的叶尖涡的不稳定性。 （英语） Zbl 1504.76033号

J.流体力学。 920，论文编号A19，35 p.（2021）.
小结：利用大涡模拟再现了轴流涡轮叶片叶尖涡脱落的不稳定性。螺旋轨道的振荡触发了它们之间的相互作用。这加速了它们失稳的过程，导致跳跃，并最终分解为更小的结构和一致性损失，从而引发尾流收缩和从外半径向尾流核心的动量恢复。观察到叶尖涡不稳定性和雷诺应力和湍流产生的行为密切相关。尤其是，与径向和轴向速度分量波动相关的湍流剪切应力揭示了每个叶尖涡与前一叶片尾迹外部区域相互作用的重要作用，在相邻叶尖涡之间形成了“桥梁”。这种相互作用加强了它们之间的互感过程，促进了湍流的产生和相干结构的失稳。后者导致堆芯径向位置的振荡增加，并导致堆芯内径向速度的法向紊流应力显著跳跃。在更下游，叶尖涡流的不稳定性引发了外部自由流和内部尾流之间的强烈混合现象，导致了动量恢复和尾流收缩的过程。

引用于2文件

MSC公司：

76E07型 水动力稳定性中的旋转
76D17号 粘性涡流
76D25型 尾迹和喷流
76层65 湍流的直接数值模拟和大涡模拟

关键词：

尾流;旋涡不稳定性;雷诺应力;湍流产生;大涡模拟
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{A.Posa}等人，《流体力学杂志》。920，论文编号A19，35页（2021；Zbl 1504.76033）
全文： 内政部

参考文献：

[1] Abdulqadir，S.A.，Iacovides，H.&Nasser，A.2017水平轴风力涡轮机周围湍流的物理建模和空气动力学。能源119767-799。
[2] Ahmadi，M.H.B.和Yang，Z.2020水平轴潮流涡轮机尾迹中湍流特性的演变。更新。能源1511008-1015。
[3] Amiri，M.M.、Shadman，M.和Estefen，S.F.2020URANS使用雷诺应力湍流模型对失速条件下的水平轴风力涡轮机进行了模拟。能源21318766。
[4] Araya，D.B.、Colonius，T.和Dabiri，J.O.2017垂直轴风力涡轮机之后向钝体动力学过渡。《流体力学杂志》813，346-381·Zbl 1383.76299号
[5] Balaras，E.2004在大规模模拟中，使用固定笛卡尔网格上的外力场对复杂边界进行建模。计算。流体33（3），375-404·Zbl 1088.76018号
[6] Bhaganagar，K.和Debnath，M.2014稳定分层大气边界层湍流对风力涡轮机近尾迹结构的影响。能源7（9），5740-5763。
[7] Chamorro，L.P.、Hill，C.、Morton，S.、Ellis，C.、Arndt，R.E.A.和Sotiropulos，F.2013关于湍流明渠流和轴流涡轮机之间的相互作用。《流体力学杂志》716，658-670·兹比尔1284.76016
[8] Dasari，T.、Wu，Y.、Liu，Y.&Hong，J.2019实用风力涡轮机的近尾迹行为。《流体力学杂志》859204-246。
[9] Di Felice，F.、Di Florio，D.、Felli，M.和Romano，G.P.2004用粒子图像测速法对不同加载条件下的螺旋桨尾迹进行实验研究。《船舶研究杂志》48（2），168-190年。
[10] Ducros，F.、Nicoud，F.和Poinsot，T.1998Wall-复杂几何形状模拟的自适应局部涡流粘度模型。数字。方法。流体动力学。六、 293-299年。
[11] Felli，M.，Camussi，R.&Di Felice，F.2011过渡区和远场螺旋桨尾迹演化机制。《流体力学杂志》682，5-53·Zbl 1241.76019号
[12] Felli，M.和Di Felice，F.2005通过LDV相位采样技术对非均匀入流中的螺旋桨尾流进行分析。J.Mar.科学。Technol.10（4），159-172。
[13] Felli，M.，Di Felice，F.，Guj，G.&Camussi，R.2006通过压力和速度相位测量分析螺旋桨尾迹演变。实验流体41（3），441-451。
[14] Felli，M.、Guj，G.和Camussi，R.2008叶片数量对螺旋桨尾流演变的影响。实验流体44（3），409-418。
[15] Foti，D.，Yang，X.，Guala，M.&Sotiropoulos，F.2016模型风力涡轮机的尾流蜿蜒统计：通过大涡模拟获得的见解。物理学。流体版本1（4），044407。
[16] Fukagata，K.和Kasagi，N.2002圆柱坐标系的高能守恒有限差分法。J.计算。物理181（2），478-498·Zbl 1178.76260号
[17] Gaurier，B.，Germain，G.，Facq，J.V.，Johnstone，C.M.，Grant，A.D.，Day，A.H.，Nixon，E.，Di Felice，F.&Costanzo，M.2015潮汐能“循环法”试验比较拖航池和循环池结果。国际期刊Mar.Energy12，87-109。
[18] Gu，J.，Cai，F.，Müller，N.，Zhang，Y.&Chen，H.2020带大涡模拟的水平轴海流式水轮机双向流固耦合分析。Water（瑞士）12（1），98。
[19] Heisel，M.、Hong，J.和Guala，M.2018风力涡轮机尾流弯曲的光谱特征：风洞和现场尺度研究。风能21（9），715-731。
[20] Hong，J.、Toloui，M.、Chamorro，L.P.、Guala，M.，Howard，K.、Riley，S.、Tucker，J.和Sotiropoulos，F.2014年自然降雪揭示了2.5兆瓦风力涡轮机之后的大规模流动结构。Nat.Commun.5，4216。
[21] Howard，K.B.，Singh，A.，Sotiropoulos，F.&Guala，M.2015关于风力涡轮机尾流蜿蜒的统计：一项实验研究。物理学。流体27（7），075103。
[22] Ivanell，S.、Mikkelsen，R.、Sörensen，J.N.和Henningson，D.2010风力涡轮机叶尖涡的稳定性分析。风能13（8），705-715。
[23] Kang，S.、Borazzani，I.、Colby，J.A.和Sotiropoulos，F.2012真实海洋水动力涡轮机三维水流数值模拟。Adv.Water Resour.39，33-43。
[24] Kang，S.，Yang，X.&Sotiropoulos，F.2014关于轴流式水轮机在湍流明渠流中尾迹弯曲的开始。《流体力学杂志》744，376-403。
[25] Li，Y.、Paik，K.-J、Xing，T.和Carrica，P.M.2012风力涡轮机空气动力学的动态超集CFD模拟。更新。能源37（1），285-298。
[26] Lignarolo，L.E.M.，Ragni，D.，Krishnaswami，C.，Chen，Q.，Simáo Ferreira，C.J.&Van Bussel，G.J.W.2014水平轴风力涡轮机模型尾迹的实验分析。更新。能源70，31-46。
[27] Lignarolo，L.E.M.，Ragni，D.，Scarano，F.，Simáo Ferreira，C.J.&Van Bussel，G.J.W.2015风轮机尾迹中的Tip-涡不稳定性和湍流混合。《流体力学杂志》781，467-493·Zbl 1359.76132号
[28] Lin，X.-F.，Zhang，J.-S.，Zharg，Y.-Q.，Zang，J.&Liu，S.2019潮汐流涡轮机尾迹场的致动器线法和全转子几何模拟的比较。Water（瑞士）11（3），560。
[29] Liu，Y.，Xiao，Q.，Incecik，A.&Peyrard，C.2019使用完全耦合CFD-MBD方法对平台诱导纵荡运动中的浮式海上风力涡轮机进行气动弹性分析。风能22（1），1-20。
[30] Liu，Y.，Xiao，Q.，Incecik，A.，Peyrard，C.和Wan，D.2017为浮动海上风力涡轮机建立完全耦合的CFD分析工具。更新。能源112280-301。
[31] Lu，H.&Porté-Agel，F.2011在稳定大气边界层中对一个非常大的风电场进行了大规模模拟。物理学。流体23（6），065101。
[32] Lust，E.E.、Flack，K.A.和Luznik，L.2018静止状态下轴流式水轮机近尾迹的调查。更新。能源129，92-101。
[33] Lust，E.E.、Flack，K.A.和Luznik，L.2020波浪作用下轴流水动力涡轮机近尾迹的调查。更新。能源1462199-2209。
[34] Martínez-Tossas，L.A.，Churchfield，M.J.&Leonardi，S.2015风力涡轮机流动的大涡模拟：执行器线和圆盘建模。风能18（6），1047-1060。
[35] Medici，D.2005风力涡轮机尾流的实验研究——功率优化和蜿蜒。瑞典斯德哥尔摩皇家理工学院（KTH）博士论文。
[36] Mittal，A.，Sreenivas，K.，Taylor，L.K.，Hereth，L.&Hilbert，C.B.2016模型风力涡轮机的叶片重解模拟：时间收敛的影响。风能19（10），1761-1783年。
[37] Mo，J.-O.，Choudhry，A.，Arjomandi，M.，Kelso，R.&Lee，Y.-H.2013a使用大涡模拟的虚拟风洞中风速变化对风力涡轮机尾迹不稳定性的影响。J.Wind Enging Ind.Aerodyng.117，38-56。
[38] Mo，J.-O.，Choudhry，A.，Arjomandi，M.&Lee，Y.-H.2013b数值风洞模型中风力涡轮机尾迹特性的大涡模拟。J.Wind Enging Ind.Aerodyng.112，11-24。
[39] Na，J.S.，Koo，E.，Ko，S.C.，Linn，R.，Mu Noz-Esparza，D.，Jin，E.K.&Lee，J.S.2019 5MW风力涡轮机尾迹涡结构的随机特征。更新。能源1331220-1230。
[40] Nicoud，F.&Ducros，F.1999-基于速度梯度张量平方的次网格尺度应力建模。水流紊流。燃烧室62（3），183-200·Zbl 0980.76036号
[41] Nuernberg，M.&Tao，L.2018使用带动态网格的OpenFOAM进行三维潮汐涡轮机阵列模拟。海洋工程147，629-646。
[42] O'Brien，J.M.，Young，T.M.，Early，J.M.&Griffin，P.C.2018近尾迹HAWT建模商业CFD湍流模型评估。J.Wind Enging Ind.Aerodyng.176，32-53。
[43] Okulov，V.L.，Kabardin，I.K.，Mikkelsen，R.F.，Naumov，I.V.&Sörensen，J.N.2018叶尖涡核的螺旋自相似性。《流体力学杂志》8591084-1097。
[44] Okulov，V.L.，Naumov，I.V.，Mikkelsen，R.F.，Kabardin，I.K.&Sörensen，J.N.2014旋翼远尾迹大规模不稳定性的常规Strouhal数。《流体力学杂志》747、369-380。
[45] Okulov，V.L.，Sörensen，J.N.&Wood，D.H.2015 Joukowsky教授的转子理论：涡流理论。掠夺。Aerosp.航空公司。科学73，19-46。
[46] Orlanski，I.1976A无界双曲流的简单边界条件。J.计算。《物理学》21（3），251-269·兹比尔0403.76040
[47] Ouro，P.，Harrold，M.，Stoesser，T.&Bromley，P.2017水平轴潮汐涡轮机原型的水动力荷载。《流体结构杂志》71，78-95。
[48] Ouro，P.&Stoesser，T.2019环境湍流对潮流涡轮机性能和负载的影响。流量涡轮机。燃烧室102（3），613-639。
[49] Posa，A.2020a垂直轴风力涡轮机下游尾迹恢复对其动态坚固性的依赖性。J.Wind Enging Ind.Aerodyn.202，104212。
[50] Posa，A.2020b叶尖速比对垂直轴风力涡轮机尾迹特征的影响。J.Wind Enging Ind.Aerodyng.197，104076。
[51] Posa，A.和Balaras，E.2020A关于雷诺数对附加轴对称旋转体周围流动影响的数值研究。《流体力学杂志》884，A41·Zbl 1460.76555号
[52] Posa，A.、Broglia，R.和Balaras，E.2019aLES对存在上游舵的螺旋桨尾迹特征的研究。计算。流感192104247·Zbl 1519.76098号
[53] Posa，A.、Broglia，R.和Balaras，E.2020a螺旋桨尾迹中水翼上方的水流。计算。流体213104714·Zbl 1521.76247号
[54] Posa，A.、Broglia，R.和Balaras，E.2020b水翼船上游螺旋桨的尾迹结构。《流体力学杂志》904，A12·Zbl 1460.76220号
[55] Posa，A.、Broglia，R.和Balaras，E.2021螺旋桨-舵系统下游的尾流。国际热流杂志87，108765·Zbl 1519.76098号
[56] Posa，A.，Broglia，R.，Felli，M.，Falchi，M.&Balaras，E.2019b通过大涡模拟对潜艇螺旋桨尾迹进行表征。计算。液体184、138-152·Zbl 1519.76099号
[57] Quaranta，H.U.，Bolnot，H.&Leweke，T.2015螺旋涡的长波不稳定性。《流体力学杂志》780、687-716·Zbl 1382.76059号
[58] Quaranta，H.U.，Brynjell-Rahkola，M.，Leweke，T.&Henningson，D.S.2019两个交错螺旋涡的局部和全局配对不稳定性。《流体力学杂志》863，927-955·Zbl 1415.76176号
[59] Regodeseves，P.G.&Morros，C.S.2020水平轴风力涡轮机全几何结构的非定常数值研究：流经转子和尾迹的流动。能源202、117674。
[60] Rossi，T.&Toivanen，J.1999.具有任意维可分离矩阵的块三对角系统的并行快速直接求解器。SIAM科学杂志。计算20（5），1778-1793·Zbl 0931.65020号
[61] Santoni，C.、Carrasquillo，K.、Arenas-Navarro，I.和Leonardi，S.2017风塔和短舱对风力涡轮机气流的影响。风能20（12），1927-1939。
[62] Sarmast，S.、Dadfar，R.、Mikkelsen，R.F.、Schlater，P.、Ivanell，S.，Sörensen，J.N.&Henningson，D.S.2014风力涡轮机后叶尖涡的互感不稳定性。《流体力学杂志》755705-731。
[63] Sedaghatizadeh，N.、Arjomandi，M.、Kelso，R.、Cazzolato，B.和Ghayesh，M.H.2019边界层对水平轴风力涡轮机尾流的影响。能源1821202-1221。
[64] Sherry，M.、Nemes，A.、Lo Jacono，D.、Blackburn，H.M.和Sheridan，J.2013风力涡轮机尾迹中螺旋尖端和根部涡的相互作用。物理学。流体25（11），117102。
[65] Sörensen，J.N.，Mikkelsen，R.F.，Henningson，D.S.，Ivanell，S.，Sarmast，S.&Andersen，S.J.2015使用致动器线技术模拟风力涡轮机尾迹。菲尔翻译。R.Soc.A373（2035），20140071。
[66] Sörensen，J.N.和Shen，W.Z.2002风力涡轮机尾迹的数值模拟。事务处理。ASME：流体工程杂志124（2），393-399。
[67] Stella，A.、Guj，G.、Di Felice，F.和Elefante，M.2000通过LDV和流动可视化对螺旋桨尾流演变的实验研究。《船舶研究杂志》44（3），155-169。
[68] Thé，J.&Yu，H.2017A对风力涡轮机空气动力学模拟的批判性评论，重点是混合RANS-LES方法。能源138257-289。
[69] Tian，W.，Mao，Z.&Ding，H.2018低速水平轴水动力涡轮机的设计、测试和数值模拟。国际航海杂志。架构（architecture）。海洋工程10（6），782-793。
[70] Tian，W.，Ni，X.，Mao，Z.&Zhang，T.2020表面波对水平轴海流涡轮机水动力性能的影响。更新。能源158，37-48。
[71] Tian，W.，Vanzwieten，J.H.，Pyakurel，P.&Li，Y.2016偏航角和湍流强度对20 kW水流动水轮机性能的影响。能源111104-116。
[72] Tran，T.-T.&Kim，D.-H.2015海上浮动风力涡轮机的平台俯仰运动：初步非定常气动分析。J.Wind Enging Ind.Aerodyn.142，65-81。
[73] Troldborg，N.、Sörensen，J.N.和Mikkelsen，R.2010均匀流入中风力涡轮机尾迹特性的数值模拟。风能13（1），86-99。
[74] Van Kan，J.J.I.M.1986A粘性不可压缩流的二阶精确压力校正方案。SIAM科学杂志。统计计算7（3），870-891·Zbl 0594.76023号
[75] Widnall，S.E.1972螺旋涡流丝的稳定性。《流体力学杂志》54（4），641-663·Zbl 0242.76023号
[76] Yang，J.&Balaras，E.2006湍流与移动边界相互作用大涡模拟的嵌入边界公式。J.计算。《物理学》215（1），12-40·Zbl 1140.76355号
[77] Yang，J.，Preidikman，S.&Balaras，E.2008弹性安装刚体的流体-结构相互作用的强耦合嵌入边界方法。《流体结构杂志》24（2），167-182。
[78] Yang，X.，Hong，J.，Barone，M.&Sotiropoulos，F.2016实用风力涡轮机转子尖端剪切层的相干动力学。《流体力学杂志》804，90-115·Zbl 1432.76107号
[79] Zaghi，S.、Muscari，R.和Di Mascio，A.2016风力涡轮机风洞试验中阻塞效应的评估。J.风力工程Ind.Aerodyn.154，1-9。
[80] Zhong，H.，Du，P.，Tang，F.&Wang，L.2015-结合执行器线方法的风轮机近尾迹拉格朗日动态大涡模拟。申请。能源144224-233。
[81] Zhong，J.&Li，J.2020采用双平面翼型的NREL VI相叶片的气动性能预测。能源206、118182。
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。