本技术涉及风力发电设备测试技术,提出了一种DIC-PIV风力机叶片流固耦合测试系统及方法。该系统包括风力机叶片表面散斑图层和与之对应的风洞,旨在实现风力机叶片的流固耦合测试,以提高风力发电效率和可靠性。
背景技术
随着全球对可再生能源需求的持续增长,风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式,其重要性日益凸显。风力机叶片作为风力发电机的关键部件,其气动性能和结构强度直接影响风力机的整体效率和运行稳定性。
在风力机运行过程中,风力机叶片不仅受到复杂多变的风载荷作用,还需承受自身结构变形、振动以及环境因素的影响。这种多物理场耦合作用下的流固耦合现象,对叶片的气动性能、结构强度及疲劳寿命均产生显著影响。随着风电技术的快速发展,风力机叶片的尺寸不断增大,其工作环境也日益复杂,尤其是沿海及台风多发地区的风力机,需要承受极端风况的考验。因此,准确、全面地测试和分析风力机叶片在复杂物理场中的流固耦合特性,对于提升风力机的整体性能、优化叶片设计、延长使用寿命具有重要意义。
传统的风力机叶片测试方法主要包括有限元仿真、风洞试验等。有限元仿真虽然具有成本低、效率高的优点,但其结果的准确性高度依赖于模型的精确度和边界条件的设置。而风洞试验侧重于单一物理场的分析,即分开监测结构场和流场对风力机的影响,周期长,难以全面揭示风力机叶片在复杂物理场中的流固耦合特性。
近年来,随着光学测量技术和计算机图像处理技术的飞速发展,DIC(数字图像相关法)和PIV(粒子图像测速法)等非接触式测量技术逐渐应用于风力机叶片的测试领域。DIC技术通过拍摄叶片表面的散斑图像,利用图像处理算法计算叶片的变形和位移,具有高精度、高灵敏度的特点。PIV技术则通过测量流场中示踪粒子的运动轨迹,计算流场的速度分布,能够直观地展示流场的动态变化。如将DIC和PIV技术相结合,可以实现对风力机叶片变形和流场速度的同步测量,为全面揭示叶片与流场之间的流固耦合特性提供了新的途径。然而,目前市场上尚未出现成熟的基于DIC-PIV技术的风力机叶片流固耦合测试系统。
有鉴于此,如何提供一种基于DIC-PIV技术的高效、精确、全面的风力机叶片流固耦合测试系统,是本领域技术人员亟需解决的问题。
实现思路