對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)載荷特性風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究

收稿日期：2022-07-22

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（52166014）；甘肅省基礎(chǔ)研究創(chuàng)新群體項(xiàng)目（21JR7RA277）；蘭州理工大學(xué)紅柳杰出青年人才資助計(jì)劃；甘肅

省科技計(jì)劃（20JR5RA445）

通信作者：李仁年（1963—），男，博士、教授，主要從事風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)方面的研究。lirn@lut.edu.cn

DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1084 文章編號(hào)：0254-0096（2023）11-0263-07

摘 要：為闡明對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)前后風(fēng)輪之間的載荷影響規(guī)律，基于風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，測(cè)量對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)3個(gè)正交方向的力和力矩，研究前后風(fēng)輪間距和葉尖速比對(duì)載荷特性的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)：高葉尖速比時(shí)，單風(fēng)輪偏航力矩存在明顯波動(dòng)，而對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)偏航力矩減小，且波動(dòng)減弱；對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)間距的變化影響前后風(fēng)輪所承受的載荷占比，后風(fēng)輪載荷占比隨間距的增大而減小，這是由前后風(fēng)輪之間所產(chǎn)生復(fù)雜的流動(dòng)及湍流結(jié)構(gòu)所致；雖然前后風(fēng)輪的推力[Fx]和傾覆力矩[My]隨葉尖速比的增大均有一定減小，但前后風(fēng)輪的傾覆力矩[Mx]和偏航力矩[Mz]的方向相反，表明對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)的前后風(fēng)輪具有一定抵消傾覆力矩和偏航力矩的作用。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力機(jī)；風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)；氣動(dòng)載荷；葉尖速比；雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)

中圖分類號(hào)：TK81"""""""""""" """""""""" """""""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

考慮貝茲理論的限制，單風(fēng)輪的最大能量轉(zhuǎn)換效率不超過59.3%，而運(yùn)行在真實(shí)環(huán)境中的風(fēng)電風(fēng)力機(jī)，由于不穩(wěn)定來流、三維效應(yīng)、尾流干擾等，其風(fēng)能利用系數(shù)大多低于50%。因此， Rosenberg等［1］選用高升阻比翼型設(shè)計(jì)風(fēng)輪，并提出雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)這一概念，雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)可盡可能多地捕獲后風(fēng)輪葉根區(qū)域的風(fēng)能，并使前、后風(fēng)輪各自保持較高的轉(zhuǎn)速，提高風(fēng)能的利用效率。同時(shí)，Newman［2］從理論上證實(shí)了等尺寸雙風(fēng)輪最大[CP]為0.64，相較于貝茲極限提高了5%。因此，雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)在未來風(fēng)電行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)展開了初步研究。王振宇等［3］通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比單風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)和雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)的功率特性，發(fā)現(xiàn)在相同風(fēng)況下雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)從來流中吸收的能量更多，輸出功率更高。周云龍等［4］對(duì)雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)特性進(jìn)行了三維流場(chǎng)研究，與單風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)對(duì)比后發(fā)現(xiàn)雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)的前風(fēng)輪可有效捕捉后風(fēng)輪葉根處的風(fēng)能，提高了其功率特性。呂金橋［5］和Kanemoto等［6］利用坐標(biāo)變換理論推導(dǎo)了新型雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并在Simulink軟件中搭建了仿真模型，同時(shí)提出了風(fēng)力機(jī)的控制策略。Koehuan等［7］使用CFD模擬雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)，通過無量綱化的風(fēng)輪直徑比和軸向距離比研究了雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)的功率特性。田威等［8］通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究了單臺(tái)風(fēng)力機(jī)的動(dòng)態(tài)載荷，發(fā)現(xiàn)作用在靜止風(fēng)力機(jī)上的平均推力比作用在旋轉(zhuǎn)風(fēng)力機(jī)的平均推力低38%。張旭耀等［9］研究發(fā)現(xiàn)，單風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)所受的不平衡載荷對(duì)風(fēng)力機(jī)的穩(wěn)定性影響很大。文獻(xiàn)［10-13］研究發(fā)現(xiàn)同向和對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)的推力平均值及其標(biāo)準(zhǔn)差均高于單風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)，同時(shí)同向旋轉(zhuǎn)雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)比對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)具有更高的推力及傾覆力矩，后風(fēng)輪的轉(zhuǎn)向?qū)ξ擦骷拜d荷有顯著影響。王振宇等［14］研究了前后風(fēng)輪間距為[0.25D]的等直徑雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)，發(fā)現(xiàn)與單風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)相比，雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)的平均推力及傾覆力矩增大了55%。文獻(xiàn)［15］研究表明，風(fēng)輪間距為[0.25D]的雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)可達(dá)52%，相對(duì)于單風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)提高了15.6%。目前雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)難點(diǎn)是由于前后風(fēng)輪面積比、間距以及葉尖速比的不同使得氣動(dòng)載荷的影響規(guī)律不明確，采取的技術(shù)方案是通過實(shí)驗(yàn)研究雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)在不同間距及不同葉尖速比下氣動(dòng)載荷特性的影響規(guī)律，建立雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)載荷特性與上述參數(shù)的關(guān)系，為雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中提供指導(dǎo)依據(jù)。

綜上所述，以上研究缺乏對(duì)雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)3個(gè)方向的力和力矩的實(shí)驗(yàn)分析，通過對(duì)對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)前后風(fēng)輪的不同間距及不同葉尖速比的多方案實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)未來對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)實(shí)際應(yīng)用有重要意義。本文依托蘭州理工大學(xué)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，搭建對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開展其載荷特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，研究不同間距對(duì)對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)載荷特性的影響以及前后風(fēng)輪之間的載荷影響規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置及方案

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

基于蘭州理工大學(xué)直流式風(fēng)洞開展對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)實(shí)驗(yàn)研究。如圖1a所示，該風(fēng)洞主要由動(dòng)力段、整流段、收縮段及試驗(yàn)段組成，其中試驗(yàn)段長(zhǎng)、寬、高分別為17.0、2.0、2.0 m，最大測(cè)量風(fēng)速達(dá)到35 m/s，控制誤差低于±3%，風(fēng)洞湍流度小于1.8%。在風(fēng)洞中固定兩臺(tái)單風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)，將發(fā)電機(jī)與風(fēng)輪主軸連接，通過調(diào)整滑動(dòng)變阻器分別控制每個(gè)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速以便于捕捉最優(yōu)工況。同時(shí)在風(fēng)力機(jī)塔筒底部安裝六分力天平測(cè)量3個(gè)正交方向的力和力矩，如圖1b所示。

本文葉片采用葉素動(dòng)量理論設(shè)計(jì)風(fēng)輪，兩套直徑分別為0.6、0.75 m的風(fēng)輪，分別采用具有高升阻比的S1020和S805a翼型。葉片幾何參數(shù)如表1所示，其中[D]為風(fēng)輪直徑，[r]為徑向位置，c為弦長(zhǎng)，[θ]為安放角。

如圖2所示，實(shí)驗(yàn)過程中通過天平信號(hào)采集系統(tǒng)的電信號(hào)輸出力和力矩?cái)?shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)均化處理。

1.2 測(cè)量參數(shù)及坐標(biāo)系建立

本文建立雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)塔底坐標(biāo)系［16］來研究其載荷特性，將風(fēng)力機(jī)模型的力和力矩進(jìn)行相應(yīng)的定義，前后風(fēng)輪受力分別用下標(biāo)1和2表示（1表示前風(fēng)輪、2表示后風(fēng)輪），其中[Fx]為推力，[Fy]為橫向力，[Fz]為縱向力，與之對(duì)應(yīng)3個(gè)方向的力矩分別為傾覆力矩[Mx、][My]以及[偏航力矩Mz]，如圖3a所示。由于本文使用六分力天平測(cè)量前后風(fēng)輪的力和力矩，定義對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)的載荷為前后風(fēng)輪載荷之和。如圖3b所示，對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)所受的力與力矩包括傾覆力矩（[Mx、][My]）、偏航力矩（[Mz]）、推力（[Fx]）、橫向力（[Fy]）及縱向力（[Fz]）。

根據(jù)葉尖速比的定義[λ=ωR/u∞]，單風(fēng)輪葉尖速比為[λ，]前風(fēng)輪葉尖速比為[λ1]，后風(fēng)輪葉尖速比為[λ2]，[ω]為風(fēng)輪的角速度，[u∞]為來流風(fēng)速。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

在不同來流風(fēng)速下，通過分別控制前風(fēng)輪葉尖速比[λ1]和后風(fēng)輪葉尖速比[λ2，]對(duì)雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)的前后風(fēng)輪載荷進(jìn)行測(cè)量，具體測(cè)量工況如表2所示。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 單風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)載荷特性分析

兩臺(tái)單風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)在不同葉尖速比下的載荷特性如圖4所示。由圖4可發(fā)現(xiàn)，風(fēng)輪受力面積不變，推力[Fx]隨葉尖速比[λ]的增大而逐漸增大；隨著風(fēng)輪直徑的增大，推力有所增大，最大增幅為25%。表明風(fēng)輪的受力面積影響推力的變化，同時(shí)高葉尖速比也使得風(fēng)輪的推力增大；傾覆力矩[My]與推力[Fx]均隨葉尖速比的變化呈線性增長(zhǎng)；橫向力[Fy]主要受氣動(dòng)載荷的影響，[Fy]隨葉尖速比[λ]的增大也增大，但相對(duì)于推力[Fx]的增大較為緩慢；兩種風(fēng)輪的橫向力偏小且二者極為接近；傾覆力矩[Mx]隨葉尖速比的增大保持恒定，表明葉尖速比對(duì)傾覆力矩[Mx]影響不明顯；風(fēng)輪的縱向力[Fz]均偏小，且隨葉尖速比[λ]的增大基本保持不變，但直徑為0.75 m的風(fēng)輪，其[Fz]波動(dòng)明顯很大，可能由于風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)不穩(wěn)定所致，偏航力矩[Mz]保持恒定，[Mz]只在零附近波動(dòng)且波動(dòng)不明顯。

2.2 風(fēng)輪間距對(duì)對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)載荷特性的影響

控制前風(fēng)輪葉尖速比[λ1]=3.5，改變后風(fēng)輪葉尖速比[λ2]，調(diào)節(jié)風(fēng)輪間距分別為[0.1D、0.2D、0.3D]（[D]為后風(fēng)輪直徑），研究不同間距對(duì)對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)載荷特性的影響。圖5

為不同間距下對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)所受3個(gè)方向的力隨葉尖速比[λ2]的變化趨勢(shì)。分析圖5發(fā)現(xiàn)，隨著葉尖速比[λ2]的增大，推力[Fx]持續(xù)增大，在間距為[0.3D]時(shí)，最大推力[Fx]為30.5 N，較間距[0.1D]的最大[Fx]（33 N）減小了8.20%，表明前風(fēng)輪對(duì)后風(fēng)輪推力的影響減弱。隨著葉尖速比[λ2]的增大，橫向力

力隨葉尖速比λ2的變化趨勢(shì)

呈增大趨勢(shì)。在高葉尖速比下，3個(gè)間距的橫向力[Fy]趨于重合。當(dāng)間距為[0.3D]時(shí)，最大[Fy]為8 N，較間距[0.1D]的最大[Fy]（7.75 N）增大了3.3%，說明間距的變化對(duì)前后風(fēng)輪橫向力的影響變小，隨著葉尖速比[λ2]的增大，縱向力[Fz]相對(duì)恒定，這是風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生不平衡的扭力所致，且扭力非常小，間距對(duì)其縱向力幾乎無影響。

圖6為不同間距下對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)所受3個(gè)方向的力矩隨葉尖速比[λ2]的變化趨勢(shì)。分析圖6發(fā)現(xiàn)，隨著前后風(fēng)輪的間距增大，傾覆力矩[Mx]和[My]減小，表明前后風(fēng)輪受到力的相互作用減小，所以對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)在風(fēng)輪間距[0.1D]時(shí)抵消離心力引起的傾覆力矩[My]。隨著風(fēng)輪間距的增大，偏航力矩[Mz]減小，間距增大時(shí)前后風(fēng)輪偏航力矩的抵消明顯減小。

綜上分析，傾覆力矩[My]在風(fēng)輪間距為[0.1D]時(shí)最大，傾覆力矩[Mx]在間距為[0.3D]時(shí)最大。縱向力[Fy]與偏航力矩[Mz]隨葉尖速比的增大保持恒定，葉尖速比對(duì)縱向力和偏航力矩幾乎沒有影響，但在[0.1D]時(shí)偏航力矩在零值附近，表明對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)前后風(fēng)輪對(duì)偏航力矩有明顯的抵消作用。

2.3 前后風(fēng)輪載荷占比分析

圖7～圖9分別為風(fēng)輪間距為[0.1D、0.2D]及[0.3D]時(shí)前后風(fēng)輪推力[Fx]與傾覆力矩[My]的載荷占比及單風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)與雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)載荷曲線。圖7為風(fēng)輪間距為[0.1D]時(shí)對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)載荷占比，前風(fēng)輪推力[Fx1]占40%，后風(fēng)輪推力[Fx2]占60%，隨著風(fēng)速的增大，前后風(fēng)輪的推力[Fx]及傾覆力矩[My]增大，說明[0.1D]時(shí)推力及傾覆力矩受后風(fēng)輪的影響大，且隨著風(fēng)速的增大，前后風(fēng)輪的載荷占比幾乎保持恒定。

與圖7相同，圖8中風(fēng)輪間距為[0.2D]對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)的載荷主要由后風(fēng)輪提供，但相比于間距為[0.1D]，后風(fēng)輪的影響略有減小，前風(fēng)輪載荷增大了約5%，后風(fēng)輪減小了約5%，表明間距增大，后風(fēng)輪對(duì)前風(fēng)輪的影響減?。婚g距為[0.1D]時(shí)，由于前后風(fēng)輪直徑的不同，后風(fēng)輪所承受的載荷大于前風(fēng)輪；隨著風(fēng)速的增大，前后風(fēng)輪的載荷占比相對(duì)保持恒定，前后風(fēng)輪以及雙風(fēng)輪的走勢(shì)極為接近。而對(duì)于圖9中間距為[0.3D]的對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)，該間距前后風(fēng)輪以及對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)的推力及傾覆力矩隨風(fēng)速的增大而增大，但前后風(fēng)輪的占比發(fā)生了很大變化；相較于風(fēng)輪間距為[0.2D]，后風(fēng)輪推力[Fx]和傾覆力矩[My]減小約10%，前風(fēng)輪增大約10%，說明間距越大，后風(fēng)輪的推力[Fx]及傾覆力矩[My]也越

大，相應(yīng)的前風(fēng)輪推力及傾覆力矩減小，表明前后風(fēng)輪之間產(chǎn)生了復(fù)雜的湍流結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了根部的湍流水平，直接影響后風(fēng)輪的載荷占比。

2.4 前后風(fēng)輪相互作用對(duì)載荷特性的影響

采用風(fēng)輪間距為[0.2D]的對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)，通過控制前風(fēng)輪葉尖速比[λ1]，改變后風(fēng)輪葉尖速比[λ2]，研究后風(fēng)輪對(duì)前風(fēng)輪載荷特性的影響；控制后風(fēng)輪葉尖速比[λ2]，改變前風(fēng)輪

葉尖速比[λ1]，研究前風(fēng)輪對(duì)后風(fēng)輪載荷特性的影響，并分析不同風(fēng)速下前后風(fēng)輪載荷特性相互影響規(guī)律。

圖10為前后風(fēng)輪所受3個(gè)方向的力隨葉尖速比的變化趨勢(shì)。由圖10a可發(fā)現(xiàn)，前風(fēng)輪推力[Fx1]隨葉尖速比[λ2]的增大呈減小趨勢(shì)，后風(fēng)輪推力[Fx2]隨葉尖速比[λ1]的增大也呈減小趨勢(shì)；前風(fēng)輪葉尖速比增大，前風(fēng)輪阻礙來流的發(fā)展，導(dǎo)致通過后風(fēng)輪的氣流減少；由于轉(zhuǎn)速高，此時(shí)后風(fēng)輪形成一堵風(fēng)墻，使經(jīng)過后風(fēng)輪的氣流發(fā)生回流，導(dǎo)致復(fù)雜的流動(dòng)影響載荷，即[Fx1]減小。圖10b顯示，前風(fēng)輪的橫向力[Fy1]隨葉尖速比[λ2]的增大而減?。缓箫L(fēng)輪橫向力[Fy2]也隨葉尖速比的增大呈減小趨勢(shì)，高風(fēng)速與低風(fēng)速曲線極為接近，說明風(fēng)速變化對(duì)后風(fēng)輪橫向力影響很大。圖10c顯示，前風(fēng)輪縱向力[Fz1]隨葉尖速比[λ2]呈緩慢減小的趨勢(shì)，且呈波浪型分布，說明葉尖速比[λ2]對(duì)縱向力影響較小，但波動(dòng)很大，風(fēng)速越大，波動(dòng)越明顯。風(fēng)輪隨葉尖速比[λ1]的增大，來流風(fēng)速為12 m/s時(shí)后風(fēng)輪縱向力迅速減小，說明高風(fēng)速對(duì)后風(fēng)輪的影響很大，前后風(fēng)輪的縱向力[Fz1]和[Fz2]方向相反，前后風(fēng)輪縱向力能夠相互抵消?？偟膩碚f，前后風(fēng)輪之間相互影響對(duì)對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)載荷有抵消作用，后風(fēng)輪載荷普遍高于前風(fēng)輪，表明后風(fēng)輪承受主要載荷。

圖11為前后風(fēng)輪所受3個(gè)方向的力矩隨葉尖速比的變化趨勢(shì)。前風(fēng)輪傾覆力矩[Mx1]隨葉尖速比[λ2]的增大而減小，后風(fēng)輪傾覆力矩[Mx2]隨葉尖速比[λ1]的增大而增大，前后風(fēng)輪傾覆力矩[Mx]呈對(duì)稱趨勢(shì)，說明前后風(fēng)輪的傾覆力矩[Mx]相互抵消，對(duì)于對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行更加穩(wěn)定。圖11b顯示，前后風(fēng)輪的傾覆力矩[My1]和[My2]均隨葉尖速比的增大而減小，后風(fēng)輪承受的載荷大于前風(fēng)輪，主要是由推力[Fx1]和[Fx2]產(chǎn)生的，其變化趨勢(shì)基本相同。圖11c顯示，前后風(fēng)輪偏航力矩[Mx]隨葉尖速比的增大出現(xiàn)明顯波動(dòng)，說明來流對(duì)風(fēng)輪產(chǎn)生扭矩，前后風(fēng)輪隨風(fēng)速的增大而增大，前風(fēng)輪的偏航力矩[Mz1]是正值，而后風(fēng)輪的偏航力矩[Mz2]是負(fù)值，說明前后風(fēng)輪的偏航力矩方向相反，能夠相互抵消載荷，進(jìn)而使雙風(fēng)輪在運(yùn)行時(shí)更加穩(wěn)定。

3 結(jié) 論

本文通過風(fēng)輪間距對(duì)對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)的載荷特性以及前后風(fēng)輪之間的影響規(guī)律開展研究，得到以下主要結(jié)論：

1）單風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)軸向和橫向力的變化規(guī)律基本一致，0.75 m的風(fēng)輪縱向力[Fz]出現(xiàn)明顯波動(dòng)。

2）對(duì)于風(fēng)輪間距而言，縱向力隨間距的增大而增大，前后風(fēng)輪扭矩抵消明顯減弱，偏航力矩[Mz]非常小，前后風(fēng)輪有明顯的抵消，而且與單風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)相比，波動(dòng)明顯減弱。

3）間距為[0.1D]時(shí)后風(fēng)輪載荷大于前風(fēng)輪載荷，間距為[0.3D]時(shí)后風(fēng)輪載荷小于前風(fēng)輪載荷。風(fēng)輪間距影響前后風(fēng)輪載荷占比，表明前后風(fēng)輪之間會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的湍流結(jié)構(gòu)，可提高風(fēng)輪根部區(qū)域的湍流強(qiáng)度水平。

4）對(duì)旋雙風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)前后風(fēng)輪的傾覆力矩[Mx]和偏航力矩[Mz]的方向相反，表明前后風(fēng)輪有相互抵消偏航力矩及傾覆力矩的作用。

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EXPERIMENTAL STUDY ON LOAD CHARACTERISTICS OF COUNTER-ROTATING DOUBLE-WIND TURBINE WIND

TURBINE IN WIND TUNNEL

Li Deshun1-3，Li Zhiyuan1，Liu Leilei1，Li Rennian1-3

（1. College of Energy and Power Engineering， Lanzhou University of Technology， Lanzhou 730050， China；

2. Gansu Provincial Technology Centre for Wind Turbines， Lanzhou 730050， China；

3. Key Laboratory of Fluid Machinery and Systems of Gansu Province， Lanzhou 730050， China）

Abstract：In order to elucidate the load influence law between the front and rear wind turbines of a counter-rotating twin-wind turbine， the paper is based on wind tunnel experiments to measure the forces and moments in three orthogonal directions of a counter-rotating twin-wind turbine， and to study the influence law of the front and rear wind turbine spacing and the tip speed ratio on the load characteristics. It is found that the yaw moment of the single wind turbine fluctuates significantly at high tip speed ratios， while the yaw moment of the counter-rotating twin-wheel wind turbine decreases and the fluctuation is weakened； the change of the pitch of the counter-rotating twin-wheel wind turbine affects the load share of the front and rear wind turbines， and the load share of the rear wind turbine decreases with the increase of the pitch， which is due to the complex flow and turbulence structure generated between the front and rear wind turbines； the thrust of the front and rear wind turbines， the tilting Although the tilting moment of the front and rear wind turbines decreases with the increase of the tip speed ratio， the tilting moment and yawing moment of the front and rear wind turbines are in opposite directions， which indicates that the front and rear wind turbines of the counter-rotating dual-wind turbine have the effect of counteracting the tilting moment and yawing moment to a certain extent.

Keywords：wind turbine； wind tunnel experiment； aerodynamic load； tip speed ratio； double-turbine wind turbine