用于風(fēng)輪渦線控制方程離散的三步三階預(yù)估校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)輪渦線控制方程離散的三步三階預(yù)估校正方法，屬于風(fēng)力 機技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)力機氣動特性計算方法主要有三種：葉素動量理論、渦尾跡方法、計算流體動力 學(xué)方法。綜合考慮方法的準(zhǔn)確性和計算成本，渦尾跡方法更具優(yōu)勢，而且其本質(zhì)上具有旋渦 特性，能更準(zhǔn)確地計及尾流場尾渦間相互誘導(dǎo)作用，是模擬風(fēng)力機氣動特性較為靈活的數(shù) 值工具。
[0003]自由渦尾跡方法中，關(guān)鍵技術(shù)是渦線控制方程的離散格式，根據(jù)采取的離散方式 不同，可以分為松弛迭代類和時間步進類。時間步進類方法比較適合風(fēng)力機非定常氣動特 性計算，應(yīng)用價值較高。目前已有的離散格式有單步和多步預(yù)估校正格式，現(xiàn)有的方法精度 都在二階以下，且迭代穩(wěn)定性也并不理想，因此建立一種精度較高且迭代穩(wěn)定性較好的渦 線控制方程離散格式意義重大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種用于風(fēng)輪渦線控制方程離散 的三步三階預(yù)估校正方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)輪渦線控制方程離散的預(yù)估校正方法精度 低、迭代穩(wěn)定性差的技術(shù)問題。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：用于風(fēng)輪渦線控制方程離散 的三步三階預(yù)估校正方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟一：確定偏微分形式的渦線對流控制方程：
【主權(quán)項】
1.用于風(fēng)輪渦線控制方程離散的三步三階預(yù)估校正方法，其特征在于，包括如下步 驟： 步驟一：確定偏微分形式的渦線對流控制方程：
式屮：廠--渦￡戈節(jié)設(shè)、11/?直丨〇」星；IP--H、」丨日」少：力用； <=--兄丨日」少：;毛m壽命角； Ω--風(fēng)輪轉(zhuǎn)速；^co--自由流速度；^nd--流場中所有禍線對該節(jié)點的總誘導(dǎo)速度； 步驟二：將對流控制方程的空間步偏微分項移至等號右邊，再將等式寫成一般形式的 常微分方程，即 參=,.(X1 V) 辦.' (2) 步驟三：采用線性多步法求解式（2)，假設(shè)步長相等，記yn+j= y (X n+j)，fn+j = f (χ__，yn+P，式（2)轉(zhuǎn)換成線性多步法的一般形式為
式中：k表示步數(shù)；α』和β」為常數(shù)； 步驟四：構(gòu)造一個三步法，即令k = 3,并用待定系數(shù)法確定常數(shù)和β ^的值，求得 一個顯式線性三步法作為預(yù)估步，此時α。= 1/2，a 1= -3，α 2= 3/2，α 3= 1，β。= 〇， β i= 0，β 2= 3，β 3= 0,預(yù)估步為
、I / i 步驟五：求得一個隱式線性三步法作為校正步，此時Citl= -2/11，α ι=9/11，α 2 =-18/11，α 3= 1，β 〇= 〇，β 1= 〇，β 2= 〇，β 3= 6/11，校正步為
步驟六：將步驟四中的預(yù)估步和步驟五中的校正步應(yīng)用到渦線對流控制方程中時間步 偏微分方程的差分，空間步則使用五點中心差分格式，令Δ φ = Λ ζ，得到渦線控制方程 的差分近似公式為： 預(yù)估步公式：
校正步公式：
式中：F -一預(yù)估步獲得的尾跡節(jié)點位置中間解；Pind -一由尾跡形狀中間解作用下 的誘導(dǎo)速度；下標(biāo)i和j分別表示時間步和空間步；上標(biāo)n-1表示上一個迭代步。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于風(fēng)輪渦線控制方程離散的三步三階預(yù)估校正方法，在自由渦尾跡方法的渦線對流控制方程求解時，對時間步微分先采用一個顯式線性三步法作為預(yù)估步，再采用一個隱式線性三步法作為校正步，結(jié)合空間步微分，形成求解渦線控制方程的三步預(yù)估校正差分格式，且具有三階精度。本發(fā)明提高了自由渦尾跡方法在計算風(fēng)力機非定常氣動特性時的迭代穩(wěn)定性和迭代速度，大大縮減了計算時間，且能夠提高其計算準(zhǔn)確性。
【IPC分類】F03D7-00
【公開號】CN104832370
【申請?zhí)枴緾N201510247014
【發(fā)明人】許波峰, 袁越, 趙振宙
【申請人】河海大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年5月14日