大尺度展向波形圆柱绕流流场结构的数值研究

针对大尺度展向波形圆柱绕流的减阻特性，通过大涡模拟（LES）研究波形振幅对圆柱体绕流流场结构的影响，获得波形圆柱体绕流气动性能曲线、尾迹时均流速分布和非定常涡量场分布，最后与直圆柱绕流的流场结构进行对比分析。结果表明，波形圆柱绕流的平均阻力系数小于直圆柱体绕流，流向涡的形成改变了圆柱近尾迹区的流场结构，因此，波形圆柱体尾迹涡系表现得更为紧凑，尾迹涡流得到拉伸与破裂。在亚临界雷诺数为3000时，最大阻力系数减少18.3%，最优振幅比为0.152；且波形圆柱体的升力波动大大减少，甚至得到抑制。由于波形表面会形成更稳定的三维自由剪切层，这样的自由剪切层在下游位置卷起漩涡，大大地改变了圆柱周围的流场结构。研究表明振幅比在确定波形圆柱后面的三维涡旋结构中起着至关重要的作用，并对升力波动和流动阻力的降低有着显著的影响。     

凹凸前缘叶片气动性能与绕流流场数值研究

以NACA0018翼型为原始模型进行前缘结构设计,采用计算流体动力学(CFD)方法分析凹凸前缘结构参数对叶片绕流流动及气动性能的影响。结果表明:在0°～10°攻角范围内,凹凸前缘叶片气动性能与原始叶片基本一致,但在15°～25°攻角范围内,正弦波形凹凸前缘叶片升力系数最大提升20.2%;叠加波形凹凸前缘叶片在15°～25°攻角内,气动性能均有不同程度的下降,波峰处推迟分离,而在波谷分离提前,在吸力面每个波谷顺流方向叶片及展向形成反向涡对,相互卷吸并与主流掺混增加能量交换向尾缘处移动,改变了叶片原始流场反馈回路,阻碍了叶片展向涡及流向涡的发展。     

叶片锯齿前缘控制流动分离的数值研究

针对锯齿前缘结构调控叶片近壁面流场特性,以NACA0018叶片为对象,采用大涡模拟方法研究不同锯齿前缘结构对叶片近壁面流场的影响机制。获得了来流速度为30 m·s^-1、雷诺数为513 440、0°攻角下叶片近壁面流场分布特性。分析了锯齿前缘和叶片前缘和尾缘处压力脉动及分离涡的影响。数值结果表明：对正弦波齿而言,随着振幅的增大,在波谷处的小涡开始向前缘移动,整体上小尺度涡增多,前缘近壁面压力脉动增大,尾缘近壁面压力脉动减小;对叠加波形齿而言,尾迹涡进一步破碎,厚度变薄,叶片表面出现破碎的小尺度涡,在尾缘处叶片压力脉动幅值下降最为明显,且未出现明显的窄带尖峰。