高湍流度对翼型气动性能影响的试验研究

为分析湍流度对低雷诺数大型风力机翼型气动性能的影响,以大型风力机翼型NREL S810为研究对象,采用风洞试验法,系统研究了湍流度对翼型NREL S810气动性能的影响,获得了翼型的升力系数、阻力系数和表面压力分布特性。结果表明：湍流度的存在使得S810翼型的气动力特性发生改变,最大升力系数先升高后降低,在湍流度为4.6%时翼型的升力系数最高;随着湍流度的增大,发生了明显的失速延迟现象,失速攻角持续后移,且湍流度增加会使得失速下降曲线变得平缓。     

大气湍流度对风力机翼型气动噪声的影响

随着风力机大型化,风力机叶片气动噪声的影响日益突出。来流风况的随机性对于风力机叶片气动噪声的模拟具有一定影响。采用蒙特卡洛方法,结合BPM翼型自噪声模型,以NACA 0012翼型为研究对象进行不确定性数值模拟,量化大气湍流度对翼型自身噪声特性的影响。研究结果表明,大气湍流度对高频噪声的影响明显高于低频噪声。当大气湍流度增加时,声压级标准差也逐渐增大。     

斜拉索气动特性的雷诺数效应试验研究

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件,其气动特性研究是整体结构气动特性研究的基础。为探究表面光滑斜拉索气动特性的雷诺数效应,在均匀来流中进行了不同风速下的斜拉索节段模型风洞测压试验,得到了斜拉索气动力系数和平均风压系数随雷诺数的变化规律。结果表明：表面光滑斜拉索的平均气动力系数在不同雷诺数区有不同的表现,平均阻力系数在亚临界雷诺数区和超临界雷诺数区分别稳定在1.2和0.6附近,而平均升力系数为0,临界雷诺数区平均阻力系数迅速减小,对应地,平均升力系数从0增加到最大值又降低到0;对于脉动气动力系数,处于亚临界雷诺数区的脉动升力值远大于脉动阻力,意味着斜拉索横风向激励远大于顺风向;平均风压系数分布随雷诺数的增大经历了对称-不对称-对称的变化过程,体现了层流分离-单侧湍流分离-双侧湍流分离的变化规律,是平均升力系数变化趋势的定性响应,而斜拉索背压处平均基压系数绝对值的变化趋势与平均阻力系数一致。     

缆索承重桥并列索平均气动性能的雷诺数效应

近距离并列吊索和并列斜拉索在大跨度缆索承重桥中有广泛的应用,但目前在计算并列索静力风荷载时只考虑顺风向阻力的影响,没有考虑因尾流干扰所产生的横风向升力的作用。通过风洞试验,在雷诺数Re= 0.9×10⁵~4.6×10⁵（涉及亚临界雷诺数区和临界雷诺数区）研究了多种不同相对位置的并列双圆柱的平均阻力、平均升力和斯特罗哈数随雷诺数的变化规律。研究结果表明：并列圆柱的平均气动性能有强烈的雷诺数效应,临界雷诺数下的气动力系数与亚临界区有很大的差异;在临界雷诺数区域,下游圆柱的平均升力系数会随雷诺数的增大发生不连续突变,这种气动力的突变很可能与双圆柱绕流场的流态结构的演变有关;受上游圆柱的尾流干扰,在临界雷诺数区域内下游圆柱的平均升力系数可达到1.25以上,远大于下游圆柱的平均阻力系数,因而在计算并列索静力风荷载时有必要考虑横风向平均升力的作用。     

叶片弧度对碟形风力机气动性能的影响研究

随着分布式能源的战略推进,小型低速风力机得到快速发展。碟形风力机具有低噪、高效、自启动等优点,本文对其叶轮进行优化设计,通过数值模拟及风洞试验,研究风轮同弦长下不同叶片弧度对风力机气动性能的影响规律,获得优化参数范围,为风力机叶轮结构定型提供依据。结果表明,叶片弧度对风力机的气动性能影响随着叶片弧度的增加呈先增后减,在0°～180°的7个水平变化中,最大风能利用系数从0°模型对应的0.212增至60°模型对应的0.364,然后下降到180°模型对应的0.168。选取3个模型进行3D打印成型,在低速风洞中进行功率特性测量,将得到的结果与数值模拟的结果进行对比,很好地验证了数值模拟中叶片弧度对风力机气动性能影响的规律。     

临界雷诺数下带人工水线斜拉索气动性能研究

通过风洞试验,在临界雷诺数下,研究带上水线拉索模型的气动性能。测得不同风向角下拉索表面风压分布情况,得到作用在拉索模型上的气动力系数,分析临界雷诺数下拉索的气动稳定性。研究表明:基于准定常假定,在临界雷诺数下,拉索发生风雨激振的可能性较亚临界区低;上水线改变了拉索表面的流体分离并出现分离流再附现象,导致拉索气动力随上水线位置的改变而发生剧烈变化。     

旋转圆柱气动特性的雷诺数效应研究EI北大核心CSCD

流体流过旋转圆柱形成的不对称流场会在圆柱上产生侧向流致力(升力),这种流致力在航海和风能利用方面有很广的应用前景,旋转圆柱气动力特性的研究对这些应用有重要的意义。通过测量旋转圆柱体在不同转速和风速下的气动力和尾流场,讨论了不同雷诺数范围旋转圆柱的气动特性。结果表明雷诺数是影响旋转圆柱气动力的重要因素:亚临界区旋转圆柱的侧向力主要体现为马格努斯效应,升力指向切向速度与风速相同一侧,随着转速比的增大而增大;在临界区,圆柱的转动会诱发流体在切向速度与风速相反一侧形成再附现象,形成指向该侧的升力,随着转速的提高,升力不会发生明显变化。此外,雷诺数效应会受到转速的影响:随着转速提高,发生阻力损失的雷诺数会变小,出现再附现象的雷诺数范围变大。     

宽厚比为2:1的圆角矩形断面气动特性的雷诺数效应试验研究

矩形断面在实际工程中应用广泛,对其角部进行圆角化处理可有效减小风荷载并改善风致振动性能,然而圆角矩形断面的气动特性存在明显的雷诺数效应。为研究宽厚比为2:1的圆角矩形断面气动特性的雷诺数效应,减小在这类断面结构的风荷载和风致振动分析中因雷诺数原因引起的误差,对5种不同圆角率(0.1、0.2、0.3、0.4和0.5)的刚性模型进行了测压风洞试验,试验雷诺数范围为0.8×10⁵～3.6×10⁵。通过风洞试验得到并分析了不同圆角率矩形断面的平均阻力系数、平均风压系数和斯特罗哈数随雷诺数的变化规律,并与标准矩形断面进行对比。研究结果表明：不同于标准矩形断面,5种圆角矩形断面的气动特性均表现了一定的雷诺数效应,这种雷诺数效应随圆角率的增大先增强后减弱,当圆角率为0.2时最强,其在雷诺数为2.8×10⁵时发生了明显跳跃;不同圆角矩形断面的平均阻力系数均随雷诺数的增加而减小。与其它位置相比,圆角矩形断面侧面和圆角位置处的风压系数受雷诺数影响更明显,其中圆角位置处最为显著。圆角矩形断面的斯特罗哈数在圆角率为0.1时基本稳定在0.22左右...     

基于数论网格法与Morris法的翼型气动特性敏感性分析

针对在风力机翼型气动特性敏感性分析中计算效率较低的问题,提出了一种基于数论网格（number theoretic net,NT-net）法与Morris法的翼型气动特性敏感性分析方法。首先,构建了拟合精度较高的翼型参数化模型;其次,阐述了NT-net法的计算原理,采用NT-net法对翼型参数化模型的多项式系数进行抽样;然后,以风力机翼型S832为研究对象,采用Morris法进行翼型气动特性的全局敏感性分析;最后,进一步分析在特定工况下风力机翼型参数化模型的多项式系数对翼型外形及气动特性的影响。结果表明：影响翼型气动特性的主要因素依次为翼型的最大相对厚度和最大相对弯度、前缘半径和后缘厚度;当来流攻角较小时,最大相对厚度和最大相对弯度取适当的较小值、前缘半径取适当的较大值可有效增强该工况下风力机翼型的气动特性,同时也验证了NT-net法的计算效率更高。研究结果为风力机翼型气动设计提供了理论参考。     

不同圆角率的方形断面气动特性的雷诺数效应

通过刚性模型测压风洞试验,在均匀流场中测试了标准方形断面及圆角率分别为0.1,0.2,0.3和0.4时的方形断面在雷诺数Re=0.8×10^5~3.8×10^5内的气动特性。结果表明:在试验雷诺数范围内,标准方形断面的平均阻力系数、平均升力系数及斯特罗哈数基本不受雷诺数的影响,但脉动升力系数受雷诺数的影响比较明显;圆角率为0.1的方形断面的平均阻力系数、平均升力系数及斯特罗哈数随雷诺数有一定变化,脉动升力系数随雷诺数的变化明显;圆角率为0.2,0.3和0.4的方形断面的平均阻力系数、平均升力系数及斯特罗哈数对雷诺数非常敏感,其在临界雷诺数附近均产生了明显的跳跃现象,但脉动升力系数受雷诺数的影响相对不大。     

凹痕对斜拉桥斜拉索气动性能影响研究

斜拉索具有长细比大、柔度大、阻尼小等特点,其风荷载和风致振动研究具有重要工程意义。通过测力和测振风洞试验,对具有特定形状、尺寸凹痕的斜拉桥斜拉索气动力和风致振动性能进行了研究,分析了风攻角和雷诺数对具有凹痕斜拉索平均阻力系数和平均升力系数的影响规律,研究了风攻角和雷诺数对具有凹痕斜拉索临界区振动特征值(振幅和平衡位置)的影响规律,结果表明:风攻角对具有凹痕斜拉索的气动力系数随雷诺数变化曲线影响明显,30°和60°风攻角下,临界雷诺数减小,临界区宽度增加;在试验雷诺数范围内,具有凹痕斜拉索在不同风攻角下最大振幅差别较大,60°风攻角时最大,30°风攻角时最小,而平衡位置偏移最大值在各个风攻角下基本相同。     

排式双翼布局低雷诺数气动特性计算研究

作为一种新型的气动布局形式,排式布局对低雷诺数流动具有较高的气动效率,适用于柔性可充气飞行器,比如充气式飞机或是高空飞艇。但是,由于前、后翼之间强烈的气动干扰现象,目前对此类布局的气动特性认识还十分有限。为了充分理解这种布局的气动特点,在前期风洞试验的基础上,开展了数值模拟工作,详细地研究了低雷诺数情况下翼型厚度、表面波纹状外形及后翼偏转角度等几何因素对此类飞行器气动特性的影响规律。计算结果表明,在计算的迎角范围内,排式布局能通过前后翼之间的气动干扰延缓或抑制机翼后缘处的流动分离,从而提高整体气动效率,因此排式布局在未来很适合应用于小型无人机或是飞艇等可充气式飞行器构型上。     

不同厚度风力机翼型气动性能数值模拟研究

为了更好地了解相对厚度对风力机翼型气动特性的影响,该文以NACA4412、NACA4415、NACA4418这3种不同厚度的翼型为研究对象,分析了翼型相对厚度对翼型升阻力系数、升阻比、流场和压力系数的影响。研究结果表明：在小攻角时,随着厚度的增大,翼型的升阻比逐渐减小;在大攻角时,NACA4415和NACA4418翼型仍能保持较高的升阻比,而NACA4412翼型升阻比较低;随着攻角的增大,3种翼型均出现气流分离并形成尾部涡,NACA4412翼型比NACA4415和NACA4418翼型的尾部涡分布范围大。研究结果为风力机叶片的设计以及优化提供了参考依据。     

高雷诺数下错列双圆柱气动干扰的机理研究

为了进一步澄清小间距错列双圆柱的气动干扰机理,该文采用大涡模拟方法,在高雷诺数下（Re=1.4×10⁵）,研究了间距为2倍圆柱直径的错列双圆柱的气动性能和流场特性随风攻角的变化规律,分析了两个圆柱气动力系数相关性,探讨了下游圆柱气动力与流场结构的内在联系,对下游圆柱平均升力的流场机理提出了新的解释。研究表明,大涡模拟得到的结果与风洞试验值吻合良好;下游圆柱的气动性能、流场结构和两个圆柱气动力相关性均会随风攻角发生剧烈变化;风攻角在0°~10°时,下游圆柱受平均负阻力作用,其原因分别为两圆柱间的回流区和间隙流;风攻角在10°附近时,下游圆柱受很大平均升力作用,风压停滞点偏移、两圆柱间高速间隙流、下游圆柱间隙侧剪切层的提前分离和再附是平均升力出现的三个因素。     

多段翼型地面效应数值研究

本文通过数值求解质量加权平均N—S方程,得到了单段翼型和多段翼型以不同飞行迎角在高空中自由飞行和近地面飞行时的流场,阐明了地面效应对单段翼型和多段翼型气动力特性的影响,并解释了其气动力变化的原因。在地效范围内,多段翼型下翼面压力变化很小,上翼面吸力减少,因而升力降低。     

叶片翼型改型设计的研究

一、引言 在风力机设计中,风能转换效率是风力机设计中一个关键指标。一般需要通过叶片的气动性能设计来获得相应的设计参数。其中叶片翼型的设计直接影响到叶片的气动性能,进而影响风能转换效率。鉴于以传统航空翼型作为风轮叶片翼型不能很好的满足风力机的使用要求,国外一些研究机构开发了多种风力发电机组专用的翼型系列,应用较多的有SERI翼型系列、     

螺旋线参数对斜拉索气动性能影响的试验研究

给斜拉索缠绕螺旋线抑制风雨振的方式,改变了拉索的表面形态,必然会影响拉索的气动性能。本文在前人对风雨振机理研究的基础上,设计制作三维拉索节段模型,在长安大学风洞中利用皮托管、电子压力扫描阀、数据转换采集系统及自编程序进行了二维流场下螺旋线参数对斜拉索气动性能的影响研究。结果表明：（1）在拉索节段模型自由端2cm处放置端板可以很好的模拟二维流场;（2）斜拉索表面的平均风压分布形态不随螺旋线参数的变化而变化,风压停驻点、上下气流分离点位置不受螺旋线参数的影响,螺旋线附近测点的风压有不规则突变;（3）风阻系数随螺高减小、螺距增大而减小。本文研究为精细化研究抑振措施对斜拉索气动性能的影响提供了科学的依据和参考。     

湍流扩散火焰数值模拟中若干影响因素的研究

应用CFD商业软件FLUENT,对火焰CVD法制备纳米颗粒的湍流扩散燃烧过程进行了数值模拟,分析了边界条件、物性以及辐射等因素对温度场的影响,尤其在低雷诺数下分子扩散对湍流计算中的不可忽略性进行了说明。计算的火焰形状与长度与实验中所观察的相符。     

高雷诺数下错列双圆柱气动干扰的机理研究EI北大核心CSCD

为了进一步澄清小间距错列双圆柱的气动干扰机理,该文采用大涡模拟方法,在高雷诺数下(Re=1.4×105),研究了间距为2倍圆柱直径的错列双圆柱的气动性能和流场特性随风攻角的变化规律,分析了两个圆柱气动力系数相关性,探讨了下游圆柱气动力与流场结构的内在联系,对下游圆柱平均升力的流场机理提出了新的解释。研究表明,大涡模拟得到的结果与风洞试验值吻合良好;下游圆柱的气动性能、流场结构和两个圆柱气动力相关性均会随风攻角发生剧烈变化;风攻角在0°~10°时,下游圆柱受平均负阻力作用,其原因分别为两圆柱间的回流区和间隙流;风攻角在10°附近时,下游圆柱受很大平均升力作用,风压停滞点偏移、两圆柱间高速间隙流、下游圆柱间隙侧剪切层的提前分离和再附是平均升力出现的三个因素。     

球径和球度误差气动测量新方法

介绍了自主研制的微型气针传感器和测量装置;基于气动测量原理,采用误差分离和修正技术,对高精度球面的球形构件的球径和球度误差进行了在线、动态测量。