在实际风电场中,由于尾流效应的存在,削弱了风电场整体的发电效率。为了在有限的土地面积内,布置更多的风力机,并提高发电效率,本文研究了通过安装叶尖小翼对风力机尾迹恢复(主要是速度和湍流度)的影响。利用高频PIV系统在低速风洞闭口实验段进行实验,实验对象为NACA4415和SD新翼型双叶片水平轴风力机模型,小翼为S型和V型,对4.5倍风轮直径范围内的尾流信息进行了采集.通过定性及定量分析对比了有无小翼对尾迹速度、涡量、湍流度以及拟序结构变化的影响。通过对风力机尾迹速度场分析和对比,发现两种翼型在添加小翼后,轴向速度的恢复程度要比无小翼时更好(接近于来流风速),说明小翼对尾迹速度的恢复是有利的。首先,通过分析尾迹的平均径向速度,反应了尾迹内外流体的输运和掺混。由尾迹径向流速的变化规律可知,叶尖涡诱导效应区(0.9R)作为输运“载体”,能够将外部主流区的高速流体持续输运至中央尾迹区域并与之掺混,使得中央尾迹区的流体轴向速度逐渐恢复并膨胀。与无小翼的轴向速度相比,添加小翼后,径向速度在相对半径为0.1R处就持续为负值,说明更多的外部流体被卷入尾迹区内,使得轴向速度在中央尾迹区内掺混更加均匀,并随着尾迹的发展和径向距离的增加成逐渐上升的趋势。说明小翼的存在很可能改变了叶尖涡诱导效应区域的流动结构,从而增强了流体输运和掺混的能力。对于不同的翼型而言,添加小翼后,相对半径0.5R处,NACA4415轴向速度值持续高于SD新翼型;而0.9R处,分别在3.5D(添加S型小翼)和2.5D(添加V型小翼)之后,NACA4415翼型的速度值超越了SD新翼型。但风电场中风力机之间的距离一般大于5D,因此认为NACA4415翼型添加小翼后对尾迹速度的恢复更有利,提高了下游风力机的来流风速值,增强了其做功能力。同时也说明V型小翼使尾迹速度恢复得更快。通过分析叶尖涡诱导效应区,小翼的确从两个方面改变了其流动结构:涡核的个数和几何形态;涡量值的大小。首先,对于两种翼型而言,叶尖涡的几何结构在尾迹下游被小翼间接“破碎”,涡量集中区域的面积扩大,使得流体的输运范围增加,更多的外部流体进入尾迹区从而促进了尾迹速度的恢复(SD新翼型对叶尖涡的“破碎”程度比NACA4415翼型更剧烈);另一方面,对于SD新翼型而言,小翼的存在真正起到了削弱了叶尖涡涡量的效果,从而有利于降低风力机的气动噪声。小翼对两种翼型的风力机尾迹湍流恢复的影响则与所选翼型有关:添加小翼后,NACA4415翼型尾迹内脉动速度均方根以及湍动能均增加,说明NACA翼型叶尖涡附近流体扰流程度加剧,促进了尾迹内外流体能量和动量的交换,从而使得流体的输运能力增强;而SD新翼型则二者均明显减少,说明SD新翼型叶尖扰动降低,有利于改善下游风力机的气动性能。结合两种翼型添加小翼后对速度,涡量以及湍流结构恢复的影响,得到了影响尾迹速度恢复的两个因素:输运“载体”的数目和叶尖涡诱导效应区流体的扰动程度(最重要),而扰动程度与所选叶片的翼型有关,所以尾迹速度恢复的程度也受到不同的翼型结构的制约。对于拟序结构(空间相关系数)而言,小翼的存在使得相关性变差,拟序结构提前发生耗散,至远尾迹,完整的相干结构不复存在,与之对应的是完整的叶尖涡涡核被“破碎”成一个个小涡和输运载体的增加,同时证明了拟序结构的耗散即为大尺度涡结构的耗散。总之,NACA4415和SD新翼型的风力机在添加小翼后对于尾迹恢复产生了不同的影响,但由于翼型自身的限制,不能做到使尾迹在速度和湍动能两方面完全恢复。今后的研究可以针对翼型和小翼本身的几何参数进行研究和优化,从而得到对尾迹恢复最有利的翼型和小翼。