基于DES方法的变形叶片气动性能数值模拟研究

针对适用于垂直轴风力机的叶片,以NACA0012作为基准翼型,采用DES湍流模型,在来流雷诺数Re=1×106的情况下进行了等厚度翼型中弧线主动变形运动的数值模拟研究。选用弦长c=0.601 m,展向长度B=1 m,攻角α为15°(浅失速攻角)和18°(深失速攻角),变形频率f为0.5,2和5 Hz,变形幅值A〖DD(-*2〗-〖DD)〗为0.1c的参数条件,对比变形翼型与不变形翼型的气动性能。研究表明：在深失速攻角下变形翼型相较于不变形翼型,其升力系数提升52%以上,阻力系数减小64%以上,气动性能可得到有效提升,且变形翼型在特定工况下能有效减小翼型表面分离区及分离涡尺度。     

考虑层流分离的低速风力机翼型气动性能研究

以风力机DU93-W-210翼型为研究对象,采用数值计算与实验验证方法研究了低雷诺数(2×105~5×105)下翼型升阻气动性能,基于修正转捩模型分析了多雷诺数多攻角下翼型层流分离泡对气动性能的影响.结果表明:基于四方程转捩模型Transition SST计算所得升阻力系数及翼型表面转捩位置与实验值接近,低雷诺数流动计算适用性较好;雷诺数越小,翼型层流分离泡越明显,翼型升阻比越小;失速前雷诺数对翼型升阻比影响较大而失速后影响较小,且雷诺数越小该翼型失速越缓和;攻角越大,翼型上表面层流分离泡越靠近前缘而下表面越靠近尾缘;失速前上表面和下表面转捩位置均呈线性变化,失速后上表面转捩位置呈非线性变化.     

非对称翼型绕流流动机理研究

为研究翼型在均匀流情况下的绕流流动机理,采用粒子图像测速技术(PIV)对非对称翼型NACA64-418进行风洞试验,对不同攻角、不同风速下翼型绕流流场进行可视化分析,并引入涡旋强度物理量准确分析翼型表面涡脱落及再附现象,以更精确描绘流场涡结构。研究表明:当Re=1.02×10~5,攻角16°≤α23°时,翼型表面发生再附,分离涡消失;而当攻角大于23°时,再附现象消失,临界速度随攻角的增大而减小。该试验方案及分析模型方法可以准确预测翼型表面涡脱情况,对翼型剪切层内不稳定涡旋及再附研究有着重要意义。     

风力机专用翼型低雷诺数气动特性实验研究

采用表面压力测量法,在小型回流式低速风洞中开展DU91-W2-250翼型在低雷诺数(Re3×10~5)条件下的气动特性实验研究,获得边界层自由和前缘固定转捩条件下翼型的升力系数、阻力系数和表面压力分布特性。在自由转捩条件下,翼型发生层流分离的临界雷诺数为1.7×10~5,且雷诺数越低,层流分离发生时的攻角越小。层流分离使得翼型升力系数和阻力系数发生跳跃性变化。通过在前缘增加粗糙带,强制边界层发生转捩,可消除前缘层流分离引起的失速,使翼型的气动力系数随攻角稳定变化。     

水介质中尾部锯齿结构叶片数值计算

为了验证将空气动力学中翼型部件采用的锯齿形尾部结构引入到水力机械翼型部件中的可行性,建立了NACA0012型对称型叶片的几何模型,并在此基础上建立了尾部带锯齿的NACA0012型叶片修改模型,利用数值计算方法计算了在入流速度10 m/s下带锯齿与不带锯齿的NACA0012型叶片在0°及10°攻角下的流场数据及压力脉动数据。计算结果表明,锯齿形边缘结构在攻角为10°时能有效减小叶片尾部、背水面的脱流及尾迹中的漩涡和流场中的水力振动,锯齿结构改善叶片水力性能效果显著;而攻角为0°时流场中水力振动轻微增加。由此说明,锯齿结构可起到改善水介质中翼型部件水力特性的作用。     

尾缘双穿孔对翼型性能影响研究

相关研究表明多孔尾缘在降低翼型噪声的同时,对其气动性能也有一定影响,且穿孔几何尺寸和位置是影响尾缘翼型噪声与气动特性的重要参数。针对NACA65019翼型,在来流雷诺数Re=2×105条件下,采用计算流体力学方法研究具有不同穿孔孔径和位置的尾缘双穿孔翼型绕流特征和噪声特性,并通过部分实验验证模拟的可靠性。研究结果表明：尾缘双穿孔翼型在小攻角下,升阻比较原翼型有较明显的提升,当来流攻角大于12 °后,升阻比开始小于原翼型;在一定来流攻角范围内,尾缘双穿孔翼型可延迟吸力面分离,降低吸力面边界层厚度;边界层厚度的降幅与穿孔孔径、穿孔位置密切相关,最大可达28.8%。根据相关声学理论模型,分析了穿孔孔径及位置对尾缘双穿孔翼型噪声特性的影响,经数值研究表明：α=6°时,在100~7 kHz频率范围,不同的尾缘双穿孔翼型相较于原翼型噪声降低最高可达10.7 dB;d=1.0 mm和Xc/c=0.82翼型效果最佳。     

叶片副翼摆角对两段式翼型气动性能的影响

以Spalart-Allmaras(S-A)湍流模型为计算模型,对风力机叶片NACA0018翼型在副翼摆角分别为0°、5°、10°和15°下的流体流动情况进行数值模拟,分析不同攻角下带副翼翼型上升阻力性能曲线以及翼型表面压力分布云图和流场流线图,研究不同摆角对带副翼翼型的空气动力学性能的影响。结果表明:相同攻角时,翼型的升力系数随着副翼摆角的增大而减小;副翼摆角的增大可以增大翼型的失速攻角,改善翼型周围流体的流动状况,提高翼型周围特别是副翼周围流体流动稳定性,抑制流动分离涡的形成。     

弹片参数对风力机叶片翼型气动性能影响研究

为提高风力机叶片翼型气动性能,在NACA0018翼型上表面附加类似于鸟类羽毛的弹片,通过数值模拟方法研究弹片参数包括弹片角度、位置和长度对翼型气动性能的影响。结果表明：在失速攻角之前,弹片产生负面影响,而失速攻角之后,弹片产生预期效果,且在每个攻角下存在一个最优弹片角度,攻角越大,对应最优弹片角度也越大,但并非线性关系;失速攻角前,弹片位置越靠近尾缘,其带来的负面影响越小,而在失速攻角后,弹片越靠近前缘效果越佳,阻力系数最高降低67.04%,且失速攻角由14°推迟到16°左右;失速攻角前,弹片越短,弹片所带来负面影响越小,失速攻角之后弹片长度越长效果越好,阻力系数最大减小40%左右。     

大攻角平面压气机叶栅内的PIV应用

本文利用二维PIV测量系统,在低速风洞中对NACA65翼型在大攻角情况下的流场结构进行了实验研究。实验结果表明,在10°左右攻角下,叶栅流道中存在很强的非定常流动,叶片吸力面附近存在大面积分离;近尾迹处则是以典型的集中涡为主导的流动现象,流动形态复杂,流场变化大。     

适用于风力机的新翼型气动性能的实验研究

对适用于风力机的新翼型FFA W3 211和FFA W3 360进行了风洞实验研究,得到了两种翼型在不同雷诺数下的气动性能及其在大攻角下的失速特性。实验结果与采用低雷诺数翼型分析和设计软件XFOIL的计算结果进行了比较,其最大升力系数对应攻角偏差小于1,在-10°～+18°范围内,升力系数的平均相对偏差为5 1%,两种结果的一致性很好。