基于LES的压气机叶栅通道非定常流动结构研究

为了进一步理解压气机叶栅通道内的非定常流动结构,采用大涡模拟(LES)方法研究了来流附面层厚度和稠度变化对叶栅通道内涡系结构及总压损失系数的影响。研究表明：来流附面层增厚将导致端壁处流体的轴向动能降低,使得马蹄涡压力面分支更早地流向相邻叶片吸力面;来流附面层越厚,通道涡在叶栅尾缘沿展向抬升的高度越高,角区分离的范围也越大;叶栅的总压损失随附面层增厚而增加,附面层损失增加显著,二次流损失有所增大;稠度较低时叶栅吸力面表面存在分离,会对通道涡及角区分离产生影响;稠度增大,横向压力梯度减小,叶栅流道的速度分布更均匀,通道涡的强度和尺度减小,角区分离的范围减小;稠度增大使叶表不再分离时,总压损失显著降低,但稠度继续增大会使气流与叶片表面的摩擦损失增加。     

基于DES射流式涡发生器数值模拟研究

为了更好应用射流式涡发生器抑制风力机叶片流动分离,采用分离涡(DES)方法对平板上射流式涡发生器流进行数值模拟,分析射流式涡发生器旋涡运动规律以及吹风比对射流孔下游湍流场的影响。通过对射流孔下游大尺度湍流相干结构研究表明,发卡涡及流向涡是射流湍流场中的典型相干结构,成熟发卡涡涡腿外侧诱导出的次生流向涡对近壁区能量的交换有着重要作用。对比不同吹风比时射流孔下游流场信息表明,吹风比越大,射流孔下游旋涡尺度越大,射流扰动范围越大,射流壁面摩擦力损失降低,但流场中压差损失变大。     

射流型涡发生器对角区传热影响的数值研究

研究了射流型涡发生器的使用对于角区分离泡与角涡结构及传热的影响。结果表明:涡发生器的使用使近端壁分离泡有效消除,角涡被破坏并推离角区,角区传热随之下降;涡发生器孔径的增大能够减小第一努塞尔数高区强度但也会增强马蹄涡努塞尔数高区强度;涡发生器射流速比的增加能够消除第二努塞尔数高区但也会导致马蹄涡努塞尔数高区及回流努塞尔数高区的出现。     

非轴对称端壁抑制叶栅二次流分离的实验研究

应用热线测量和颗粒图像测速(PIV)技术,测量平端壁叶栅(FEW)和非轴对称端壁叶栅(CEW)的二次流动。基于叶栅内的涡结构和剪切应力,分析非轴对称端壁降低二次流损失的流动机理。实验结果表明:二次流在叶片吸力面的边界层分离导致壁面涡与主流流体的剪切掺混,这是叶栅二次流损失的主要来源;非轴对称端壁通过降低端壁横向压力梯度推迟二次流分离的发生,使壁面涡与主流区产生剪切掺混的范围缩小,并使端壁二次流的流向速度提高、壁面涡的强度降低,在上述两方面作用下叶栅内的剪切应力减小,叶栅二次流损失降低。     

涡流发生器形状对DU91-W2-250翼型动态失速的影响机理分析

以DU91-W2-250翼段为研究对象,分析不同形状涡流发生器（VGs）对动态失速的影响规律。结果表明：改变VGs形状参数对增升效果影响较大,对减阻效果影响较小,矩形VGs增升减阻效果更佳。从作用机理看,影响流动控制的主要是VGs流向涡涡流强度。矩形VGs气动性能提升效果明显最佳。矩形VGs流向涡在x/c=0.30~0.50范围内边界层内外流动掺混剧烈,抑制流动分离效果更佳。     

类壁角端壁造型设计方法

基于透平叶栅简化前缘模型的数值模拟结果,分析了原始模型端区的流动与传热特性,建立了一种新型类壁角端壁造型,对比评估了新型端壁模型、带前缘壁角模型与原始模型的流动与传热现象。结果表明:类壁角端壁造型的使用能够使端壁压力分布更加均匀;前缘滞止位置的低能流体在端壁压力的诱导下偏向主流,马蹄涡强度也随之减小;相比于带前缘壁角模型,新型端壁模型能够消除端壁与前缘壁角间的曲率间断线,疏导前缘两侧的堆积流体,抑制高强度角涡的产生,使壁面传热能力减弱。     

通道内柔性体流固耦合对流动和换热的影响

以新型冲孔矩形涡流发生器流道内的流动与换热为背景,模拟了流道内插柔性体的流固耦合对流换热过程,研究柔性体涡流发生器的振荡对通道内涡量场及其换热性能的影响,探究通道内柔性体流固耦合强化换热的机理。结果表明:柔性体在变形过程中会使流场中产生尾涡,且当其在一个拍打周期内达到最大弯曲程度时,尾涡会在后缘脱落到尾流中,使得冷、热流体剧烈掺混,从而起到强化换热的作用;随着Re的增大,换热强度提高得更快,在Re=3 000时通道中安装单个柔性体涡流发生器可以使通道对流换热强度提高39.4%。     

不同翼刀高度控制涡轮静叶栅二次流的数值模拟

对端壁加装翼刀的涡轮静叶栅的三维流场进行了数值模拟,分析了翼刀对叶栅沿流向各截面二次流及叶栅气动特性的影响,并研究了翼刀改善二次流的机理.结果表明:与常规叶栅的二次流特性比较,翼刀的存在一方面降低了端壁附面层内横向压力梯度,减弱了低能流体向吸力面/壁角区的堆积;另一方面产生反向翼刀涡,限制了马蹄涡压力面分支的发展,从而达到减小通道涡尺寸和强度的目的.最后,还对几个不同高度的翼刀方案进行了比较,发现翼刀高度为2/3δ时,对二次流的控制最佳.     

不同参数端壁翼刀控制二次流机理的实验研究

不同周向和轴向位置的压气机叶栅上安装1／2轴向弦长翼刀的叶栅出口流场测量结果表明,两种方案的叶栅总损失随翼刀周向位置变化的总体趋势是翼刀靠近压力面时叶栅总损失降低。翼刀安装在流道前半部的最佳周向位置是距离吸力面60％相对节距处;安装在流道后半部的翼刀最佳周向位置是距离吸力面80％相对节距处。通过对比初步探讨了翼刀减小二次流损失的机理：一方面通过降低流道内端壁附面层内横向压力梯度,减弱低能流体向吸力面／壁角区的堆积;另一方面是通过产生的反向翼刀涡限制马蹄涡的压力面分支发展,从而减小通道涡的尺寸和强度。     

涡流发生器对风力机翼型气动特性的影响研究

涡流发生器作为一种有效的流动控制方法之一,已被成功应用于改善风电叶片的气动特性,众多研究表明,涡流发生器的使用可以有效延迟气流分离,提高升阻比。为了深入了解加装涡流发生器的增升减阻特性,本文以NACA63-415翼型为研究对象,通过数值模拟方法研究分析了不同形状、不同弦向安装位置和多个攻角下涡流发生器对风力机叶片气动特性的影响,结果表明:在不同形状、不同安装位置及攻角下涡流发生器均可有效抑制风力机叶片边界层分离、提高升阻比,其中20%翼型弦向处安装的涡流发生器增升减阻效果最好。