模型机试验中的问题及优化建议

相似模型和原型机的雷诺数定性尺寸用其直径、速度以风轮前风速代表时，式（5-18）表述为

分析发现，雷诺数相等的条件在大型风力机模化为实验风洞中的相似模型时，一般来说是不容易实现的。事实上，风洞里的模型试验是在普通大气压力和环境下进行的，因此模型和原型机的运动黏度相同，即ν=ν_m。即上式可以写成

v_∞D=v_∞mD_m （5-30）

和 uD=u_mD_m （5-31）

因u=πDn/60，式（5-31）还可写成

nD²=n_mD²_m （5-32）

式（5-30）说明模型必须在v_∞m=v_∞D/D_m的风速下试验，因而v_∞m比v_∞高。式（5-32）指出模型机转速必须满足n_m=nD²/D²_m，n_m也比n高。

现在来举例说明这个论断的后果。

【例5-4】 假设用1∶20的比例制作了一个模型机。原型机的主要参数为：风轮直径D=20m，叶尖速比λ=6，在8.7m/s的来流风速下转速为50r/min，求模型机的转速。(www.xing528.com)

为了符合相似情形下雷诺数相等的条件，应有v_∞m=v_∞D/D_m，模型机就必须在风速v_∞m=174m/s的条件下做模型机的试验。并且模型机的转速应达到

n_m=20²×n=400×50=20000（r/min）

在这样高的风速和转速下，空气的可压缩性就不能被忽略，从而失去与原型机的动力相似性，因为真实尺寸的原型机空气的压缩性是可以被忽略的。

实际上，实验室风洞里试验的模型机风速被控制在比原型机真正的运行风速稍高一点的范围内，以达到模型机上空气的压缩性也可以被忽略的标准。这样一来，模型的雷诺数Re_m将比原型机上的Re要低。

由流体力学得知，如果雷诺数的值比临界雷诺数Re_cr高，惯性力远大于黏性力，雷诺数不同带来的影响可以被忽略。实验也说明，雷诺数高于Re_cr值时，对应的阻力系数变化不大，相同攻角下的模型和原型机的阻力系数相等。所以满足其他相似条件的模型和原型机，仅雷诺数不同，但雷诺数的值比临界雷诺数Re_cr高的情况下，由完全相似所获得的所有关系式对它们都是成立的。

另一方面，如果模型试验是在Re低于Re_cr的条件下进行的，虽模型和原型机的攻角相同，但由于黏性的影响大，模型上的阻力系数要比原型机的高，这时两机的相似性就差了。

需要注意的是，选择现代风轮叶片的翼型，总是既要效率比较高（即升阻比E=C_l/C_d值大），而又必须同时满足正常运转时，每个叶素上的雷诺数值都大于临界值Re_cr的条件。薄的曲线翼型的Re_cr值大约为10⁴，而相对较厚NACA翼型则在10⁵～10⁶范围之内。