Спиральное самоподобие вихревых ядер концевых вихрей ветрогенератора

Экспериментальная работа направлена на исследование автомодельности завихренности и компонент скорости в ядре концевых вихрей в следе за ротором ветрогенератора. В ходе работы вычислены азимутально-усредненные профили завихренности и компонент скоростей, и проведена попытка сравнения с моделью ядра спирального вихря Лэмба-Озеена. В экспериментах модель ротора помещалась в водяной канал, длина которого составляла 35 м, ширина 3 м и рабочая высота 0,9 м . Для проведения оптических измерений на расстоянии 20 м от начала канала располагался измерительный участок длиной 3 м, стенки и дно которого выполнены из стекла. Диаметр ротора составлял 2R = 0,376 м. Скорость набегающего потока равнялась V = 0,36 м/с. Пульсации скорости потока в ходе экспериментов не превышали 3 %. Хорда лопасти и угол ее установки были рассчитаны для оптимального ветряка с быстроходностью λ = ΩR/V = 5. Поле скорости измерено методом цифровой трассерной визуализации. По полученным полям скорости вычислялось поле завихренности, позволяющее определить координаты центров концевых вихрей в сечении лазерного ножа. Правильность вычисления центров вихрей также контролировались по профилям осевой и радиальных компонент скорости вблизи центра вихря. Обнаружено, что азимутально-усредненные профили завихренности скорости в ядре вихря для разных вихревых периодов являются автомодельными и укладываются на одну кривую, определяемую выражением: ω(η)=exp(-η²), а также профили осредненной азимутальной скорости укладываются на одну кривую. Выполняется условие вихревой симметрии.

Руководитель работы – к. т. н. Кабардин И.К., тел. +7 (383) 316-52-31.