利用高频PIV探索风力机近尾迹流场湍流特征的实验研究毕业论文.docx

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利用高频PIV探索风力机近尾迹流场湍流特征的实验研究毕业论文

利用高频PIV探索风力机近尾迹流场湍流特征的实验研究

第一章绪论

1.1引言

近年来石油和天然气的供应问题与全球气候的巨变引起了世界性的广泛关注，为了减轻对化石能源的依赖以及减少二氧化碳的排放量，发展可再生能源已经变得迫在眉睫。

风能是当今世界上最清洁的可再生能源之一，风能作为一种无污染且取之不尽、用之不竭的可再生能源有着巨大的发展潜力，特别是可利用的风能在全球分布广泛，且成本低廉，风能正在凭借它的环保优势以及巨大的商业潜力逐渐的占领近些年的能源市场，同时如何将风能高效的利用也逐渐成为各国科研人员的工作重点[1]。

作为取之不尽、用之不竭的清洁环保能源，风力发电是全球生态经济中最有活力、增长最快的清洁能源产业，各国政府均在下大力度进行扶持。

在短短的十年里，风能的利用得到了广泛发展，世界风电装机容量的平均年增长率已经高达28.3%[2]，这种趋势理所当然的激励和带动了材料学、空气动力学、结构动力学等相关学科的更进一步的发展。

为了对风力机领域的深入研究，风力机空气动力学的研究也越来越被国内外学者所重视，尤其是进入二十一世纪以后，由于先进的现代可视化测量技术在空气动力学领域中的应用，风力机尾迹流场的研究取得了前所未有的迅速发展。

世界风能利用的成功发展得益于科研学者们对风力机空气动力学的深入研究，其中，风力机尾迹是空气动力学的重点研究主题之一。

风力机尾迹区域由近尾迹区和远尾迹区两部分组成[3]。

近尾迹区是靠近风轮后方的区域，此处以风力机的性能及汲取功率的物理机理方面的研究为主，着重研究叶片的空气动力学、三维流动效应以及叶尖涡特性等；远尾迹区位于近尾迹区下游，流动状态以对流和湍流扩散为主，着重研究成组安装时风力机之间的互相影响。

叶片的空气动力学特性决定着风力机的性能与品质，对于实际的风力机，当空气略过叶片表面后，在风轮的下游会立即产生极其复杂的湍流涡旋，如叶尖处产生的叶尖涡、叶根及轮毂处产生的中心涡、叶片的中部产生的附着涡。

其中叶尖涡属于产生气动力的最主要的区域，故叶尖涡、中心涡、附着涡的科学研究对于风力机空气动力学的发展起到至关重要的作用[4]。

从风力机叶片上脱落的各种涡结构是流动阻力、气动噪声等不良现象产生的最主要的原因[5]，同时风轮下游的诸多涡结构的存在和演变是风力机尾迹结构的代表特征。

以前国内外学者以及本课题组已经就风力机的各种涡结构的运动特点分别进行过研究和总结，发现了诸多规律，但由于以往采用的设备大多数是热线风速仪以及低频的PIV测试技术，因此无法达到窥测全场以及捕捉细节的科研要求。

随着科技的日新月异，高频PIV技术理所当然的出现在流体实验的领域，对于风力机流场测试领域更是一个极大的福音。

就风力机流场测试领域而言，低频PIV采集的流场信息完全没有连续性，不同方位面的流场信息需要叶片再次旋转后方能采集到，在一定程度上，流场信息的真实性已经打了折扣，因此，风力机测试更加需要具有捕捉瞬时流场信息的TR-PIV。

本实验使用的高频PIV采样频率最高可达到10KHz，因其惊人的采样频率，风力机近尾迹流场的动态变化细节被完美呈现，流场测试所需的重要参数诸如脉动速度、平均速度等也可以很方便的得到。

1.2PIV在国内外研究现状

1.2.1PIV在国外风力机中的研究现状

当今全球的风电产业正在迅猛的发展，使得其对风力机的空气动力学理论的要求也越来越高。

而风力机的近尾迹流场分析一直属于风力机空气动力学理论研究的重要部分。

为了研究风力机尾迹流场，以往所采用的测试技术主要为激光多普勒测速技术、热线测速技术、热膜测速技术等。

但是上述的技术手段均有一个共同的缺陷，因为这些测试技术都只能获得有限而且是单个点的流场信息，所以风力机尾迹的湍流结构的空间相关性不能得到完美的体现，这对真实的反应螺旋形的尾迹流场涡结构的瞬态特性以及湍流特性是致命的。

为了更好的体现风力机尾迹流场涡系的瞬态特性和潜在规律以矫正人们对本领域的认识，流场测试技术迫切的需要瞬态同步和空间分辨的先进特点。

由此高频PIV技术应运而生，此技术既满足提取整个截面流场信息的要求，又在传统的低频PIV技术基础上进行了拓展，高速的采样频率可以获得脉动速度、雷诺应力等重要参数，迎合了目前流场测试的严格要求。

来自苏格兰赫瑞瓦特大学的GrantI和SmithGH首先将PIV测试技术应用于水平轴风力机的空气动力学研究之中。

1991年，SmithGH和GrantI[6]应用PIV测试技术进行风洞风力机实验，研究了叶尖涡的特征和单个叶片周围的环量，并且给出了分析PIV图片的方法，同时介绍了从中提取速度、涡量及环量的方法。

1996年，WhaleJ[7]对比实验室方法和全尺寸风轮的实验数据，研究了近尾迹结构。

在风力机下游的稳定区域，采用PIV技术对尾迹流场进行了测试，并将以两个完全尺寸风力机为实验对象所获得的实验数据进行了对比。

对比之后获得了不同尖速比情况下，尾迹流动剖面的湍流强度和平均速度等参量。

由于采用了最先进的PIV技术，包括合适的设置以确保对流场条件恰当、精确的模拟，在探究分析流动尾迹的数据过程中使得PIV技术得到了巨大的进步。

2000年，GrantI[8]在偏航的情况下在风洞中使用了DPIV，对水平轴风力机叶片脱落的涡结构的速度场进行了分析。

阐述了尾迹的涡环量与风轮方位面以及在风向和风轮之间的偏航角存在函数关系，对流涡量的强度随时间变化。

涡的初始结构由流动的扩张角决定，然而，当在偏航流动时，涡的扩展受从叶片后缘脱落的涡面影响，且这个作用很大甚至会使叶尖涡变得卷曲。

2005年，日本三重大学的前田太佳夫等[9]在风洞中对风轮直径为0.6m的风力机尾迹流场进行了测试，同时在风场中对10m的风力机进行了测试。

在风洞试验中使用了PIV技术。

风洞测试结果显示，尾迹从叶尖涡耗散处开始扩散。

对比而言，风场尾迹速度的恢复小于风洞试验。

尾迹区域在旋转平面内随风力机旋转沿塔架径向方向移动。

对比风轮轴上方的尾迹速度，由于塔架的影响，风轮下方的尾迹速度恢复程度较小。

2006年，明尼苏达大学的Troolin等人[10]利用高频PIV分别进行了尾缘加装和不加装襟翼的NACA0015翼型叶片的绕流实验，在带有襟翼翼型的尾迹下游，存在两种脱落模式明显的涡，并且两者互相作用，在不对称的钝头体后面，出现的主要的涡模式类似于卡门涡街。

由襟翼上游的腔体里的循环流体的间歇脱落导致了第二种模式，随着攻角的增加这种脱落变得更加连贯。

2007年，法国国立高等工程技术学院的MassouhF和DobrevI[11]利用PIV技术，在风洞中对小型水平轴风力机的下游尾迹流场进行了测试。

应用锁相技术，获得了旋转平面的流场。

通过分析不同角度的方位面的图像，重现了三维的速度流场结构。

并且利用热线测速仪技术获得了风轮后方轴向和径向上不同位置处的瞬时速度，以对比分析实验值和CFD计算值。

2008年，法国的MasaakiHonda[12]等人利用三维PIV技术，对垂直轴工业涡轮机叶尖涡的流动情况进行了研究，拍摄面固定于叶片后90mm，拍摄方位面范围为22.5°至45°，实验结果证明垂直轴工业涡轮机的叶尖涡分离点总在同一位置，与转速无关。

2011年，爱荷华州立大学ZifengYang等人[13],[14]利用高频PIV对位于大气边界层风洞中旋转直径为25.4cm的风力机的近尾迹流场进行了测试，测试面为子午面，测试尺寸约为300×240mm，从自由旋转结果和锁相定位结果两种情况呈现了涡量场的瞬时演化细节、重建了三维螺旋形涡量场，通过轴向和径向湍流强度、雷诺应力、湍动能等参数的分析描述了风力机近尾迹的湍流情况。

同时发现风力机的轴向推力系数及扭矩系数随着尖速比的增加而增大，同时三个叶片产生的叶尖涡运动轨迹形成螺距存在一定的函数关系。

实验结果能够准确估计的动态空气动力负载所需的最佳机械设计的风力涡轮机。

2012年，明尼苏达大学的J.StephenHu等人[15]在用高频PIV测试置于大气边界层风洞中的同种型号风力机的流动结构的同时，还监测了风力机瞬时输出电压以及风机的旋转角速度，结合风机尾迹的流动结构和连续的电压信号探究风力机在不稳定流动条件下运行时的形态。

2012年，明尼苏达大学的DavidJ.Green等人[16]用锁相PIV测试了风机下游六倍直径尾迹内的十个位置，通过获得的湍流强度、雷诺应力、湍流动能等参数来辨别流场中的大尺度拟序结构，并发现叶尖涡在五倍直径内仍保持形态，但平均速度和平均涡量却以指数形式亏损。

2012年，明尼苏达大学的JianSheng等人[17]基于高频PIV获得互相关分析、频谱分析以及湍流强度的空间分布探究了拟序结构的尺度及其与周围流场的相互作用。

2012年，西门子风能空气动力部的KoschatzkyV.等人[18]结合高频PIV实验对涡结构相互作用产生的噪声辐射进行了预报。

进行实验的翼型是棒状翼型，特征长度为翼型直径时的雷诺数为6000。

通过二维不可压缩流体假设条件下的N-S方程空间集成法，将高频PIV测得的结果转化成瞬时平面压力场。

计算接近翼型的控制面的瞬时压力场，进而分分散和集中两种情况，用Curle声类比法进行远场声预报。

用额外的设备获得径向速度和压力脉动的相干函数以衡量不同频率下它的贡献。

按照频谱和指向性图案，将结果与远场麦克风测试对比，发现翼型前缘产生的卡门涡的周期相互作用与两种结果的音调均相一致。

2012-2013年，明尼苏达大学的WeiZhang等人[19],[20]对置于大气边界层风洞中的旋转直径为13cm的风力机进行了高频PIV测试，测试面分别为子午面以及风力机下游尾迹内与风轮平面平行的多个平面，发现湍流结构和平均流动的分布呈高度不对称性；又将同一风力机风别置于大气边界层风洞和对流边界层风洞中，来研究不同边界层的热稳定性对风力机尾迹的影响。

1.2.2PIV在国内叶轮机械中的研究现状

由于风能利用的各种优势，近十几年来，我国政府在发展风力发电方面大量的投入资金、精力用于进行科学研究和实际应用。

所以相应地，PIV测试技术在我国叶轮机械的科研领域中的发展也随之壮大，呈现蒸蒸日上的趋势。

在风力机流场测试研究领域，清华大学、上海交通大学、北京航天航空大学、内蒙古工业大学等大学的PIV应用历史已经将近十几年，做出的贡献尤为突出。

1999年，北京航天航空大学的刘宝杰等[21]利用PIV测试技术，对翼型尾流进行了实验研究，实验结果显示：

在翼型的近尾迹流场，存在着明显并且有序的涡结构，涡街生成于叶片后缘，并且在向下游移动的过程中旋涡会逐渐扩散、分解直至破碎，最后变成湍流形式，并且提出如果在翼型的尾缘区采用相应的流动控制技术，会对改善尾迹的流动有所帮助。

2005年，清华大学热能工程系的陈默等[22]利用PIV技术，对叶片表面进行了测试，对比加入震荡射流前后涡量场以及速度场的变化趋势，实验结果证明震荡射流会提高叶片升力并且总结了不同频率射流对流场的影响。

2007年，上海交通大学的胡丹梅等[23]利用PIV技术，以水平轴风力机模型为实验对象，测试了不同尖速比条件下，风轮尾迹的流场。

实验时采用锁相技术获得了风轮尾迹的瞬时速度场、时均速度场以及涡量场等有关信息。

实验结果显示：

在风轮叶片尾缘后侧中存在轴向的速度亏损区，在叶片后缘生成的叶尖涡，在向下游运动过程中会发生膨胀，一直延伸到两倍直径以后，轴向速度增加，尾迹低速区减小，并发生收缩。

尾迹涡的涡心形成的轨迹和风轮旋转方向相反，涡量数量在下游逐渐减小。

由于叶片数目少，相邻叶片尾迹基本没有互相干扰的现象。

2005—2010年扬州大学的刘超、汤方平[24-26]等人利用三维PIV技术，先后对轴流泵叶轮的出口流场、轴流泵叶轮与导叶轴向间隙内的流场及轴流泵站前池流场进行了实验测试，实验结果清晰的揭示出了轴流泵叶轮出口的流动规律，对于校正CFD计算的数学模型和边界条件以及优化叶轮设计具有重要意义。

2010年，北京化工学院的刘心洪等人[27]利用传统的PIV和高频PIV研究了带有深沟叶盘的搅拌槽的湍流结构。

在搅拌槽中，湍流包括叶片流道的周期湍流和随机湍流，通过传统PIV的相位分辨和高频PIV的小波分析两种方法各自获得了随机的湍动能，并进行对比。

小波分析法成功的将随机湍动能分离，从而获得了随机湍动能和周期湍动能的分布规律。

2011年，上海交通大学的许坤等人[28]利用高频PIV技术，对微型小插片流动控制技术应用于风力机中进行了研究。

在翼型为S809的叶片压力面靠近尾缘处布置了小插片的结构，同时通过高频PIV实验测量以及数值模拟相结合的方法来研究了S809翼型和加装微型小插片翼型的详细流场信息。

实验结果发现，由于加装了小插片，改变了翼型后缘驻点的位置，从而改变了绕翼型的环量，继而对升力产生影响。

带小插片翼型提升能够升力关键是改变了翼型的库塔条件，使后驻点位置出现在微型小插片末端，使气动曲面轮廓和环量大大增加，从而增加了升力。

从2007年起，本课题组[29-37]利用二维PIV技术对无小翼和加装小翼的水平轴风力机的流场进行了一系列的实验测试。

通过近几年的研究，分析并总结出了叶片周围流场的分布规律，在近尾迹区，总结出了叶尖涡的运动和变化特征。

揭示出由风轮转速引起的绕流结构的变化规律及流动特征与风轮功率之间的对应关系。

由于收到附着涡的影响，风轮下游明显存在速度亏损区域，并随着转速的增加，附着涡的影响加大，亏损区域也增大，并发现在绕流结构中，切向速度占主导地位。

使用PIV图像窗口拼接技术后发现，在不同尖速比工况下，流场中均有三个涡结构，但只有靠近叶片附近的窗口中的涡结构比较明显，此现象与数值计算结果相吻合，添加小翼后，来流通过风轮后的尾流速度逐渐减小，叶尖涡径向位移逐渐增大，轴向位移减小，叶尖涡的脱落提前并且涡强度降低。

1.2.3高频PIV在国内外其他领域研究现状

由于高频PIV技术在国内的应用并不十分广泛，所以高频PIV在其他领域的应用经验也值得风力机领域借鉴。

2009年，万津津等人[38],[39]在自制的循环水槽中利用用TR-PIV技术探究了贴壁方柱湍流场，采集了大量的瞬态速度场信息。

实验中使用的相机为PhotronUltimaAPX，1024像素×1024像素情况时的最高帧频可达2000fps。

采样频率为1024×512像素、125Hz，得到了60000幅图像的瞬态速度场，后处理的查问窗口选为32×32像素，重叠率为50％，经过后处理后得到30000个连续的瞬态速度场,并且对流场做了深入的分析，这是国内较早的应用高频PIV试验研究的尝试。

2011年，翟树成等人[40]在CSSRC空泡水筒中利用高频PIV，对长深比为3:

1的二维矩形孔腔进行了流场测试，获得了二维孔腔模型的瞬时平面速度场，对孔腔内部流动进行了分析研究，通过不同流速下流场瞬时流线场、涡量场，获取了孔腔流动非定常信息，捕捉到了规则涡脱落、运输及涡旋相互作用的现象。

通过瞬时法向速度的频谱分析，获得了自由剪切层中流场速度频谱图，谱线的峰值频率与Rossiter模态识别公式计算出的结果在低阶模态时较接近，但在高阶模态时有所差异。

同时还计算了流向和法向速度的相关系数，分析了流场中相干结构的空间分布。

然后通过N_S动量方程获知压力梯度和流场加速度之间的关系，进而通过对流场加速度场进行空间积分获得流场瞬时压力场，然后应用Curle声类比方程预报了孔腔流动噪声辐射。

2011年，KoschatzkyV.等人[41]利用高频PIV进行流体噪声预报，实验对象是矩形腔体，首先由PIV数据计算获得压力场，应用科尔（Curle）声类比方法获得声压场，然后将得到的结果与用压力测量设备和声音测量设备得出的压力场和声音结果做对比，以验证PIV预报噪声辐射法的可靠性以及检测此法的有效范围。

研究表明此法可以量化来自腔体的噪声辐射，尤其可以捕捉到声音辐射的音调。

1.3本文研究内容

综上所述，在风力机的流场测试领域，国内外应用最普遍的也是技术最成熟的是低频PIV技术。

但高频PIV才是最能迎合目前风力机领域科研需求的测试技术，在国外已经有很多科研工作者在利用高频PIV进行叶轮机械领域的科学研究，同时也获得了诸多科研成果，但还有很多方面需要进一步的探索；而就国内而言，已经将高频PIV测试技术应用于风力机领域的科研报道少之又少，只是在其他领域进行了高频PIV的科研尝试，故在利用此技术进行风力机流场实验探索以发掘更加具有科研意义成果的工作亟待开展。

本文旨在利用高频PIV高采样频率、高时间分辨率的优点获得连续、瞬态的风力机近尾迹速度场和涡量场，继而获得平均速度场、平均涡量场、脉动速度均方根、雷诺应力、湍流动能、空间相关系数等统计参量，然后进行量化分析研究，以探索风力机近尾迹的湍流特征，总结其中的科学规律，同时为以后更深入的科学研究积累宝贵经验。

第二章基础理论

2.1水平轴风力机空气动力学

2.1.1制动盘理论

风力机从来流风中获取能量，通过旋转盘的流动元素后损失掉一部分动能。

通过风力机的流体速度随之减小，从风轮上游的u∞到下游远尾迹处的uw。

静压值由上游的p∞增加到圆盘前方的P

，然后突然减小到圆盘后的P

，从而给圆盘施加轴向推

图2-1通过致动盘的一维流动

Fig2-1one-dimensionalflowofthroughtheactuatordish

力。

压力在尾迹流动中会逐渐恢复到自由流场的压力值p∞，如图2-1所示[42]。

通过致动盘获得能量的这一过程，通过一系列的关系式可以用质量守恒、动量以及能量方程推导出（对于不可压缩流体来说）：

连续性方程：

（2-1）

表面力：

（2-2）

动能增量:

（2-3）

单位时间内所获取的能量功率，

。

这个功率等同于作用在圆盘上的力功率，

。

平均这两个表达式推导出如下：

（2-4）

为了将不同风力机的不同功率进行对比，引入了功率系数CP，定义如下：

（2-5）

即功率是无因次的值，仅与风速和风轮扫过区域有关。

功率系数表达式为

（2-6）

其中，

为轴向诱导因子，

为径向诱导因子，

。

当a=b=

时，功率最大，最大值

，这就是著名的贝茨极限。

在理想条件下推导出的风轮从风中获取能量的最大值为59%。

同样类似的定义了推力系数CT，

（2-7）

当CT值等于

时，功率系数达到最大值。

可以推断出，由于风轮后的速度减小，即UwAd尾迹扩展。

CT值越高，尾迹便扩展越大。

尾迹的压力逐渐从P

恢复到外围的压力值P

（注意P

-P

>P

-P

）。

近尾迹和由于流线曲率离心力作用的外部流动之间的压力有所不同。

尾迹速度发展过程中可以发现有无黏性的涡体系[43]：

（2-8）

其中x为旋转盘上的无因次的长度，ui为尾迹的速度。

根据公式2-7表示出b的表达式为

（2-9）

图2-2风轮术语及示意图

Fig2-2windturbinetermandschematicdiagram

尾迹的速度表达式用x和推力曲线的函数关系式来表示。

如图2-3为不同位置的速度曲线推力系数值的变化，能够看到对于无黏性的一维速度模型和圆盘下游的两维流场是相关的。

在此原理中，速度能够用来计算尾迹中下一个致动盘的输出功率。

图2-3推力系数与尾迹速度的关系

Fig2-3Relationofthrustcoefficientwithwakevelocity

2.1.2流场中涡的描述

为了达到加深对风力机流场理解的目的，在已知风轮后的速度流场是漩涡分布的前提下，引入了近尾迹涡理论的概念。

附着涡分布在叶片上，能够提供叶片的升力，由Kutta-Joukowski法则可知：

。

附着涡影响切向速度，从而产生压力差和升力[44]。

图2-4翼片段的涡系

Fig2-4vortexsystemofvanefragment

在叶尖处位置，由于在吸附面和压力面之间的压力值的不同而产生了叶尖涡。

叶尖涡开始产生时直径会减小（由于尾迹扩散涡被拉伸），随后直径会由于黏性的作用而增加。

为了更好的评价风轮的涡体系，最初使用的是静止并且有限的翼型。

附着涡及叶尖涡均来源于马蹄涡（如图2-4）。

对于无黏和不可压的流体，Kelvin’s理论认为

，这里Γ表示环量。

在远尾迹区存在一个和附着涡反向的涡，它的环量与叶片附着涡的环量相等。

当流体流经叶片后会形成涡，在远尾迹区马蹄涡封闭。

类似地，两个叶尖涡的强度相等、符号相反。

对于风力机来说，这个涡体系依然是存在的，只不过是旋转的。

图2-5给出了附着涡、叶尖涡以及轮毂涡运动的方向。

不同叶尖涡和环量（

）在轮毂位置导致了轮毂涡的产生。

轮毂涡提供给叶片切向力，并且方向和风轮的旋转方向相反。

叶尖涡的涡轨迹和风轮旋转方向正好相反。

对于多叶片的风力机来说，不同的叶尖涡会扭转在一起，于是形成了管状的涡型结构。

由于叶尖涡的切向部分，诱导了叶片的轴向速度在风轮后方发生速度衰减的现象。

在尖速比很大时，叶尖涡的运动轨迹将会平行于风轮平面。

螺旋轨迹的角度由叶尖的入流角Ø

图2-5三叶片旋转风轮的涡系

Fig2-5Thevortexofthreebladewindturbine

给出，与尖速比相反。

在此模型里，漩涡被局限在涡管的表面，由于多叶片相互之间的作用，轮毂涡与附着涡扫过的涡型便形成了旋转盘，而其它的地方的流动是无旋的[44]。

然而，上面谈到的基本模型是最简单的，因为它将附着涡沿展翼方向的变化和黏性的流动都忽略不计了。

尽管实际情况的涡结构是从风轮的整体脱落下来的，但是以上的模型仍然针对大多数的典型漩涡给出了非常明了的说明。

2.1.3近尾迹和远尾迹

风力机的尾迹区由近尾迹区和远尾迹区两部分组成。

从风轮到近似风轮一倍直径之间的尾迹区称为近尾迹区，由风轮的几何学确定了尾迹流场的形状，决定了风力机运转状态。

轴向压力梯度对尾迹亏损有着相当大的影响。

然而远尾迹区对致动盘的影响并非很大，关注焦点为尾迹模型、尾迹的干扰以及湍流模型和地形对其的影响。

对于实际的涡系及速度轮廓并不是和上面描述的内容完全相符。

因为实际情况下，由于尾迹的内部和外部之间的空气速度不同而形成了剪切层，随着向下游尾迹的移动，剪切层变化十分复杂。

湍流的边界在剪切层中形成，由于周围存在的剪切流动，剪切层处的湍流是无因次的，即在上边的湍流强度大于下边的湍流强度。

这导致了近尾迹中湍流强度的两个峰值，但在远尾迹处，它们却不能辨别。

图2-6所示为尾迹速度轮廓更真实的图片。

Ainslie[45]推断出了最大的速度亏损区域出现在1-2倍风轮直径后，但是从图中观察发现，在外围的湍流值很小的情况下，这个区域可能会更长，尾迹扩散区域的长度大约在1倍风轮直径处。

在与实验相对比后，Scheper将2.25倍直径处作为尾迹完全扩散的位置[46]。

风轮的推力越高，尾迹速度uw便会越低，剪切力越大，也就是尾迹内部和外部的流动速度有所不同。

风力机在大尖速比情况下运行时，入流的动能转化成为了湍流的形式，导致了湍流尾迹状态（典型的是a>0.5）。

尾迹的湍流是非常好的搅拌器：

它能将尾迹的低速流体和外部的高速流体相混合。

通过这种方法，动量转化成尾迹；尾迹扩散，而速度的衰减也随之减缓。

尾迹的湍流升高的影响因素是：

空气的湍流度，表面的约束作用，风剪作用（风垂直的速度梯度），地形和结构的影响。

外围的湍流度越低导致尾

图2-6风轮尾迹的速度剖面

Fig2-6Velocityprofileofwake

迹速度的衰减越大和尾迹恢复的距离越长。

在高推力设置（低风速下）和外围低湍流度的情况下，风力机的功率衰减是最大的。

另一方面叶尖涡会形成湍流，湍流的边界层与叶片分离，并且出现在机舱和塔架的位置，其中还夹杂有空气的