齿形襟翼对风力机翼型气动噪声影响的数值研究

为分析齿形襟翼（SGF）尾缘对风力机翼型气动性能及噪声特性的影响,利用SST k-ω湍流模型对装设Gurney襟翼（GF）和SGF的NACA0018翼型进行数值模拟,研究齿高和齿宽对气动性能和静压分布的影响,并采用大涡模拟（LES）对气动性能最优的SGF进行噪声预估和涡结构分析。结果表明：SGF可有效提高翼型升力系数并延迟失速;SGF-0.8-6.7模型可使最大升阻比提高8.61%,失速攻角延迟3°,其在拓宽高升力区间、延迟失速等方面具有最优性能;SGF翼型上下翼面噪声无明显差异,平均声压级随攻角增大而提高;SGF-0.8-6.7模型的尾迹噪声随攻角增大呈现先增后减的变化趋势,随距离增加而降低;翼型辐射噪声呈典型偶极子状,GF噪声小攻角下降低,而大攻角下则增大,SGF在不同攻角下均降噪显著,最大降噪量达10.2 dB;SGF尾涡稳定有序,能耗及损失降低,由此使气动性能和噪声得以明显改善。     

Gurney襟翼对风力提水机风轮性能影响的数值模拟

风力提水机在我国经过严格的生产考核运行和多年的实际应用,产品质量基本可靠,有些机组的水平达到或处于国际领先地位。针对风力提水机的应用,在来流风速3~14m/s、攻角4°~14°范围内,对装有不同高度襟翼的风轮采用Fluent软件进行模拟计算,比较分析其气动性能和叶片周围流场分布的差异,研究Gurney襟翼的增升原理。结果表明,Gurney襟翼有效增加了风轮的输出功率,特别是在大攻角、较高风速情况下,其中2%弦长高度的襟翼增升效果最好,并分析获得风轮输出功率增大的主要原因为襟翼后方出现的卡门涡街和襟翼前面的角涡。     

风力机翼型气动特性数值模拟

采用CFD软件Fluent对美国NREL两种风力机翼型S825和S827进行了二维数值模拟,研究了不同网格密度、不同湍流模型对风力机翼型气动特性的影响,并与试验结果进行了对比分析。通过对3种网格密度(4万、7万和10万网格节点)及3种湍流模型(S-A、Standard k-ε和Standard k-ω模型)的数值模拟标定,得出由Fluent软件进行风力机翼型数值模拟时,采用约7万网格节点、近壁Y~+10时达到网格无关,S-A湍流模型进行气动性能预测相对精度较高,为风力机翼型气动设计提供了快速有效地数值仿真性能检测手段,具有较高工程实用价值。     

Gurney襟翼对动叶可调轴流风机性能的影响

以OB-84型动叶可调轴流风机为对象,采用数值模拟方法研究动叶尾缘处安装Gurney襟翼(GF)后对风机性能及内流特征的影响,并对其气动噪声进行评估.结果 表明:增设GF可提高风机全压,且其高度越大,风机全压增幅越明显,同时促使最高风机效率点向大流量系数侧移动;高度为0.5％弦长的GF在动叶偏转±3°工况下均可提高大流...     

尾缘襟翼对风力机翼型气动特性影响研究

尾缘襟翼(TEF)因其对翼型气动特性的调控能力,被认为是降低叶片疲劳和局部载荷最具可行性的气动控制部件。对TEF进行建模,采用Xfoil和CFD软件分析了TEF对翼型气动特性的影响及其机理,并从叶素理论角度对变化来流下TEF的减载效果进行了验证,结果表明:TEF位于不同摆角时翼型升阻力系数均有不同程度的变化,TEF可有效实现对翼型气动特性的主动控制;TEF摆动改变了翼型表面的静压分布和流动状态,进而对翼型升阻力和失速攻角产生影响;TEF可快速有效降低风速突然增加后的叶素受力,进而控制并减小叶片载荷。     

主动Gurney襟翼提升VAWT动态气动性能的数值研究

基于孤立翼尾缘Gurney襟翼增升机理,在垂直轴风力机上安装主动Gurney襟翼,随VAWT叶片旋转方位主动调整襟翼高度,在上风面伸出翼型表面并在下风面缩回翼型内部,增大风力机叶片在上风面的扭矩输出以及垂直轴风力机功率系数.通过二维CFD数值模拟,研究多个叶尖速比工况条件下垂直轴风力机的性能,制定主动Gurney襟翼的...     

粗糙度对风力机翼型气动性能影响的模拟研究

选取几种具有代表性的风力机叶片翼型,探讨在光滑条件与粗糙条件下翼型的空气动力性能。通过在翼型尾缘处添加粗糙带,与原翼型进行对比得到升力系数、升阻比等变化曲线,同时分析不同表面粗糙厚度对翼型气动特性的影响。结果显示:添加粗糙带后,翼型NACA4415,FFA-W3-211的升力系数提高,翼型S822、DU91-W2-250的升力系数下降,4种翼型的升阻比降低。表面粗糙带厚度对翼型气动性能的影响存在差异性,翼型S822最适合运行于低雷诺数下的风沙环境。     

基于凹凸前缘方法的风力机翼型气动噪声研究

该文采用实验测量和数值计算相结合的方法,以DU93-W-210翼型为研究对象,研究仿生凹凸前缘结构对其降噪效果的影响。运用远场麦克风阵列获得光滑前缘翼型和凹凸前缘翼型的气动噪声,并通过数值计算得到翼型表面流场结果。通过对实验和数值计算结果的分析发现：凹凸前缘方法能有效抑制边界层分离,控制翼型吸力面涡量的团状分布,减小翼型表面的压力脉动,分解大尺度高强度脱落涡为小尺度低强度周期性脱落涡,使得仿生凹凸前缘翼型有明显的降低气动噪声的作用;具有凹凸前缘的幅值为0.24c(c为平均弦长)、波长为0.11c的仿生翼型降噪效果更为突出。     

带Gurney襟翼翼型改型的气动性能的数值研究

对NACA4424翼型及其对应的带有Gurney襟翼翼型修改后的翼型进行了数值计算,针对风力机应用,来流风速为2～16m/s,迎角为0°～20°;计算结果表明,在研究的所有条件下,修改后的钝尾缘翼型对流场有强烈的下洗作用,明显修改了翼型压力面和吸力面的压力分布,压力面压力更高,吸力面压力更低,因此翼型升力及升阻比均比翼型原型及单纯的Gurney襟翼翼型得到显著增加。     

基于Isight平台对翼型Gurney襟翼的优化设计

为了获得风力机襟翼的优化结构,本文采用多学科设计优化框架软件ISIGHT、CFD软件Fluent以及遗传算法,针对加装襟翼式结构的气动性能进行了优化设计。软件集成了襟翼的参数化表达、网格划分、流场分析、结构优化设计四个模块,实现了多学科领域的精确分析和整个优化循环过程的自动化运行。优化结果表明:Gurney襟翼的设计高度为弦长的2%、设计宽度为弦长0.2%将得到最大的升阻比,上述研究结果和实验结果一致。本文的研究方法可为襟翼及其他气动外形优化设计提供参考。     

Gurney襟翼对风力机流动控制的数值研究

在风力机大厚度、低雷诺数专用翼型上加装Gurney襟翼进行数值模拟研究。获得了Gurney襟翼在不同襟翼高度下,襟翼高度对翼型气动特性的影响规律,给出最佳襟翼高度,最后探讨Gurney对风力机性能的控制机理。所得结果可为实际工程风力机的控制提供理论指导和技术支撑。     

振荡翼型气动及其噪声特性的数值研究

针对低雷诺数下翼型的非定常气动噪声特性,采用计算流体力学(CFD)与Lighthill声类比相结合的方法,分别对俯仰、平振以及俯仰与平振耦合运动的翼型进行了分析,通过自定义程序控制翼型的运动规律,并对其流场及诱导的声场特性进行了数值仿真.结果表明:随着折合频率、振幅的增加,翼型表面升力系数的峰值增大,非定常迟滞效应增强;耦合运动的相位差改变了气动力的响应特性;对于振荡翼型激发的噪声,低频下单极子声源占主要地位;随着声源频率的增大,远场声压指向性逐渐体现出偶极子声源的特性.     

风力机叶片三角襟翼构型及气动特性数值研究

为研究三角襟翼对风力机叶片翼型气动特性的影响,将三角襟翼加至NACA4412翼型尾缘,建立其二维襟翼计算模型,基于CFD数值模拟方法分析不同宽度和长度的三角襟翼在0°~18°攻角范围内的气动特性,得到了各攻角下升阻力系数、升阻比及翼型壁面压强分布曲线。结果表明:增加襟翼长度,使得翼型升阻比减小,失速攻角提前,增加襟翼宽度,使得翼型升阻比增大,失速攻角延后,因此适当减小三角襟翼的长度和增加其宽度有助于提高翼型的气动特性,将翼型尾缘5%部分作为空间生成襟翼,与传统襟翼相比,节省了制造材料和空间。     

水平轴风力机分裂翼型气动特性数值模拟

为提高水平轴风力机的风能利用率,以NREL S809为原始翼型研究了分裂翼型缝道相对位置和缝道相对宽度对翼型流场结构、翼型气动性能、升力和阻力特性的影响。结果表明:分裂翼型缝道会对翼型周围涡的发展与变化产生影响,不仅能明显改善翼型的失速特性,还提高了翼型的气动性能;缝道相对位置为40/90、缝道相对宽度为1.0%时分裂翼型的升力系数达到最大,与原始翼型相比,其升力系数提高约10.797%,分裂作用对于提高翼型气动性能的效果较佳。     

尾缘修剪对风力机翼型气动性能的影响

对S809和S805 2种厚度不同的翼型进行尾缘修剪,采用翼型设计分析软件Xfoil对修剪前后翼型的气动性能进行计算,研究了不同程度尾缘修剪对翼型气动性能的影响,并采用CFD数值模拟方法进行流场特性分析.结果表明:尾缘修剪后会引起翼型在附着流区升力系数减小,最大升阻比减小,减小程度随着修剪程度的增加而加剧;对于厚度不同的翼型,尾缘修剪对其影响的主要区别在于失速区较厚翼型阻力系数减小,较薄翼型升力系数增大;翼型表面压力系数因尾缘修剪而发生改变,较厚翼型压力分布变化较为明显;尾缘修剪对尾流的扰动会影响翼型表面其他部位的流动,进而影响翼型气动性能.     

柔性襟翼对风力机翼型气动性能的影响

通过对柔性尾缘襟翼(DTEF)参数化建模,实现了对尾缘襟翼柔性变形与控制.采用数值模拟方法研究DTEF对翼型整体静态与动态气动性能的影响及流动机理.结果表明:DTEF位于不同摆角时,翼型升力系数与阻力系数均有不同程度的明显改变,随着攻角的增大,襟翼改变翼型气动性能的能力降低,对襟翼附近的流动影响亦减弱;DTEF动态运动过程中,翼型升力系数滞后于摆角的变化,DTEF改变升力系数的能力降低,翼型阻力系数超前于摆角的变化,DTEF改变阻力系数的能力增加,此动态效应随摆动周期减小而增强,并在翼型表面压力系数与尾迹涡量上有一定体现.     

风力机翼型同相对厚度条件下的气动性能模拟分析

针对翼型气动性能优劣将直接影响风力机使用过程中的效率问题,选取3种具有相同相对厚度(相对厚度为21%)而形状不同的常用风力机翼型NACA0021、NACA63421和S809进行二维建模和网格划分,对比3种翼型形状上的差异,并利用Fluent取雷诺数为5.5×105时对其空气动力学性能进行数值模拟和分析,获得了不同攻角...     

不同小翼对风力机气动性能影响的数值分析

对安装平板小翼和融合小翼后的风力机气动特性和流场分布进行了研究,探究不同小翼对额定工况下风力机总功率、叶片表面压力和叶尖流场分布的影响。结果表明:在叶尖增加小翼可提高风力机总功率,融合小翼具有较好的气动特性,其总功率比无小翼时提高了10.61%;小翼的存在使叶尖吸力面压力降低,叶片表面压差增大,与平板小翼相比,融合小翼叶片表面压差更大;小翼削弱了叶尖绕流强度,使局部诱导速度减小,气动攻角增大,并使叶尖涡的涡核位置远离叶片主体,有效减小了叶尖涡产生的不利影响。     

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.     

襟翼结构对风力机翼型性能的影响及优化设计

为了研究襟翼结构对风力机翼型气动性能的影响,选用NACA0012翼型,建立了翼型加装襟翼的二维计算模型,使用计算流体力学软件Fluent求解定常、不可压缩雷诺平均的N-S方程和Spalart-Allmaras单方程湍流模型,分析了典型的NACA0012翼型添加不同几何形状襟翼在0°~18°攻角α范围内的气动特性。通过计算表明:在风力机翼型上添加不同结构襟翼,能够提高翼型的有效升力系数,添加同样高度和厚度的三角形襟翼比添加矩形襟翼时的升力系数要大,而阻力变化甚小;因此,选择适当的几何形状襟翼不仅能起到增升效果且能相应的节省材料从而改善其经济性。