小攻角下翼型边界层分离对数值模拟结果的影响研究

基于三维RANS方程,分别选用RNG k-ε和RSM（雷诺应力模型）两种湍流模型对NREL S809翼型进行了CFD数值模拟,得到翼型的气动性能,并对比其计算结果。结果表明：随着攻角的增大,翼型边界层会产生分离。翼型边界层分离前,两种湍流模型模拟结果与实验数据有一定误差,但基本一致。翼型边界层分离后,模拟结果与实验数据相差较大,特别是随着攻角增大,流场内湍流运动加剧,模拟结果误差也随之增大。因此,边界层的分离是影响模拟结果的重要因素。     

基于两种湍流模型的某风机专用翼型数值研究

针对风力机专用S832翼型绕流流动建立了二维不可压缩湍流模型,利用计算流体力学软件Fluent,分别选用S—A、RNGk-ε两种湍流模型对S832进行数值模拟,对比了两种湍流模型对气动模拟精度的影响,得出了雷诺数为3×10^6时,该翼型在-16°～30°攻角下的升力系数和阻力系数随来流攻角的变化关系及压力分布图,分析了不同攻角下翼型表面压力分布特性并进一步预测了大攻角（达30°）下翼型分离流动特性．并与NREL的试验数据进行比较,研究结果表明：RNGk—ε在预测该翼型小攻角范围气动性方面更加有效。     

不同湍流模型对风力机叶片翼型气动性能参数计算结果的影响研究

为了比较不同湍流模型得到的风力机叶片翼型气动性能参数计算结果的区别,采用S-A、SST k-ω和RNG k-ω这3种湍流模型对风力机叶片NACA0018翼型进行数值计算,然后将得到的结果和文献给出的风洞实验值进行比较,最后分别讨论了一阶迎风、二阶迎风和QUICK这3种离散格式对计算精度的影响。结果表明:当翼型在未失速(攻角小于14°)状态时,RNG k-ω模型得到的升力系数值与实验值最为接近;当翼型处于失速状态(攻角大于等于14°)时,S-A模型得到的升力系数值与实验值最为接近,而SST k-ω模型得到的阻力系数值与实验值最为接近。     

不同湍流模型对水平轴风力机三维粘性气流特性的影响

对某水平轴风力机叶片附近的三维湍流流场进行了数值模拟,其中在7、15、25m/s 3种不同工况下分别采用S-A、Standard k-ε、RNG k-ε和SST k-ω4种湍流模型。计算结果表明:随着来流速度的逐渐增大,叶片吸力面的分离流沿叶根向叶尖方向逐渐发展,且由于三维旋转效应使得展向流动逐渐增强。和相关实验结果比较,选择不同的湍流模型对数值模拟结果有明显影响,其中RNG k-ε和SST k-ω两种模型可以获得较好的压力分布计算精度。综合考虑压力分布、功率系数和推力系数在不同工况下与实验结果的比较,选择SST k-ω湍流模型较适合模拟该水平轴风力机周围复杂的三维湍流流动。     

风力机叶片S832翼型的两种湍流模型数值分析方法及其比较

采用S-A和RNGK-ε湍流模型对风力机专用S832翼型的绕流流动建立了二维不可压缩湍流模型,利用计算流体力学软件Fluent,对两种模型进行数值模拟,得到了雷诺数为3×10^6时该翼型在-16°～30°攻角下的升力系数和阻力系数与来流攻角的关系以及压力分布图,并进一步分析了不同攻角下翼型表面压力分布特性,预测了大攻角（达30°）下翼型分离流动特性。结合NREL的试验数据,对两种湍流模型模拟的精度进行了分析比较,结果表明在小攻角范围内采用RNGK-~模型预测该翼型气动性,其结果更加有效。     

水平轴风力机叶片翼型流场的数值模拟

为了直观形象地探讨水平轴风力机叶片翼型的气动特性,利用计算流体力学软件FLUENT对水平轴风力机叶片常用翼型NACA63425流场进行了数值模拟,得出了翼型NA-CA63425在不同来流攻角下的升力系数、阻力系数、升阻比和不同流攻角下的流场流线图和翼型表面的压力分布。根据模拟结果对不同攻角下尾迹漩涡分离流动进行了分析和比较,得出该翼型气动特性随攻角的变化规律。     

水平轴风力机翼型大攻角气动性能计算研究

耦合RANS和基于线性稳定性分析的eN转捩预测方法,进行风力机翼型的大攻角气动性能计算,以期提供风力机叶片分析/设计中使用翼型的更为准确和完备的气动性能数据。以风力机翼型S809为例,计算了翼型表面从出现分离气泡到大面积分离的情形,并比较了S-A和B-L两种湍流模型对计算结果的影响。通过对已有经典风力机翼型DU97-W-300和新设计风力机翼型WA21ak5在-180°～180°攻角范围内的气动计算,对计算结果和实验结果以及国外风力机叶片分析/设计中使用的基于Viterna方法由有限攻角范围的气动性能外推到-180°～180°的结果进行比较。结果表明,RANS方程计算气动性能和实验结果吻合较好,为建立风力机翼型气动性能数据库提供了基础。     

翼型失速及雷诺数变化对风力机气动性能影响的数值研究

利用数值模拟的方法,研究了翼犁失速及风速变化引起的雷诺数改变对风力机气动性能的影响.数值计算将k-ω的SST湍流模型与单方程的SA模型结合使用,以模拟大攻角范围的翼型绕流.结果显示:随攻角增大,上翼面分离会依次经历尾缘分离涡与前后缘交替脱落分离涡两个阶段,后者依据分离涡对下翼面压力分布有无影响又呈现两种不同情况,使得不同攻角范围失速时的流场形态及对气动性能的影响存在很大差异;雷诺数变化主要影响上翼面前后缘出现交替脱落分离涡时的攻角区域,且雷诺数越大,其变化引起的升阻系数变化越小.     

非线性双方程湍流模型用于翼型分离流动模拟

采用非线性k-ε和q-ω双方程湍流模型,利用高收敛率、高精度和高分辨率的数值算法,对二维NRELS809翼型在0～18°攻角范围内的低速绕流进行了数值模拟,将翼型的升阻特性的计算值与实验值进行了比较。与采用线性k-ε和q-ω双方程湍流模型的计算结果对比表明,当翼型流动发生分离时,采用非线性双方程湍流模型可以明显地改进计算精度。本文采用的数理模型与数值方法可有效地用于风力机翼型大尺度分离流场的预测。     

风力机翼型气动性能预估和分析

采用粘性-无粘迭代程序XFOIL和CFD方法不同湍流模型预估了某改型风力机专用翼型的气动性能,通过和风洞实验结果的比较分析了不同计算方法线性区的预测精度和大攻角失速下的适用性,并研究了前缘粗糙度对翼型性能的影响.结果表明:在线性攻角下定常雷诺平均方程加合适湍流模型可精确预估翼型升力,SA模型升力结果略好于SST模型,XFOIL预估结果基本可信更适合初步设计时定性分析;大攻角失速下必须考虑流动分离的非定常特性,大涡模拟可以更好地反映流场发展过程;前缘粗糙度一定程度上降低了翼型气动性能,这种影响随翼型厚度的增加而加剧,改型翼型对前缘粗糙度敏感性不大,满足使用要求.     

增加风力机叶片翼型后缘厚度对气动性能的影响

以FFA-W3翼型族为研究对象,对其系列翼型的后缘作了加厚处理。利用XFOIL软件对修改前后的翼型的气动性能进行了计算,利用Viterna-Corrigan失速后模型将气动性能数据的攻角扩展到了90°。对修改前后的翼型的气动性能数据的改变作了对比分析。利用原翼型和修改后翼型的气动性能数据对同一个风力机进行了气动性能计算,并对计算结果作了对比分析。结论认为,对翼型后缘进行适当加厚处理对气动性能影响不大,为满足工艺要求在叶片的生产中对翼型后缘作加厚处理是可行的。     

基于小样本神经网络与多约束的风力机翼型快速优化设计

针对神经网络模型可以基于现有数据快速准确地预测风力机翼型的气动性能,但大量学习样本的构建需要较高的时间成本的问题,建立基于小样本集的风力机翼型神经网络模型,提出了多约束条件下的翼型气动性能优化设计方法,解决了训练数据过少所造成的学习不充分问题。基于建立的优化设计模型,应用粒子群算法完成了NACA4415翼型的优化设计,将新翼型与原始翼型进行气动特性对比分析。结果表明：新翼型在主要工作攻角范围内最大升力系数提高了6.96%,最大升阻比提高了7.37%,气动性能明显改善;该方法的优化效率远远高于传统方法,从而验证了该方法的可行性。     

湍流燃烧模型对某燃气轮机燃烧室性能计算的影响

针对某型燃气轮机环形燃烧室,通过数值模拟,对比分析了Standardk—ε、RNGk-ε、Realizable k-ε、Standard k-ω、雷诺应力五种湍流模型以及简单概率密度模型（PDF）、有限速率模型、涡耗散模型（ED）、涡耗散概念模型（EDC）四种燃烧模型对环形燃烧室性能计算的影响。结果表明：Realizable k-ε模型模拟的冷态流场与PIV试验测量结果最符合;EDC模型最能合理的模拟燃烧效果,但在预测NOx排放时不如有限速率模型精确。以上结论为后续该型号燃气轮机环形燃烧室的数值计算和设计提供了参考。     

风力机翼型的气动性能分析

风力机翼型气动性能分析是风力机气动设计和运行优化的重要基础。采用NUMECA软件对弯度为4%的风力机NACA4412翼型进行气动数值模拟,并与实验数据进行比较,取得比较一致的结果。在此基础上,对NACA2412、NACA4412、NACA6412不同弯度的翼型进行模拟分析,对三种翼型在不同攻角下的气动性能进行了比较,为风力机翼型弯度选择和翼型改型设计提供参考意见。     

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。     

Effects of leading edge erosion on wind turbine blade performance

This paper presents results of a study to investigate the effect of leading edge erosion on the aerodynamic performance of a wind turbine airfoil. The tests were conducted on the DU 96‐W‐180 wind turbine airfoil at three Reynolds numbers between 1 million and 1.85 million, and angles of attack spanning the nominal low drag range of the airfoil. The airfoil was tested with simulated leading edge erosion by varying both the type and severity of the erosion to investigate the loss in performance due to an eroded leading edge. Tests were also run with simulated bugs on the airfoil to assess the impact of insect accretion on airfoil performance. The objective was to develop a baseline understanding of the aerodynamic effects of varying levels of leading edge erosion and to quantify their relative impact on airfoil performance. Results show that leading edge erosion can produce substantial airfoil performance degradation, yielding a large increase in drag coupled with a significant loss in lift near the upper corner of the drag polar, which is key to maximizing wind turbine energy production. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

有弯度翼型垂直轴风力机的数值模拟研究

应用计算流体动力学有限体积法SIMPLE算法,配合SST k-ω湍流模型和滑动网格技术模拟分析了有弯度翼型4叶片垂直轴风力机的气动特性,以其作为有弯度翼型垂直轴风力机设计的参考依据。研究结果发现,在入口流速为10 m/s,尖速比为1.6时,该种风力机单个叶片的瞬时力矩系数为-0.03～0.18,并且在一个转动周期内正的瞬时力矩系数历时较长;整个风轮的的力矩系数在尖速比为1.6左右时达到最大值,功率系数在尖速比为1.7左右时达到最大值。     

叶片转角对小型Savonius风机气动性能的影响

Savonius风机是一种典型的垂直轴风力发电机,通过对其进行流固耦合分析,研究叶片转角对风机气动性能的影响。利用ANSYS的CFX流体模块,流体湍流模型选择基于RANS的标准k-ε湍流模型,对风轮进行流固耦合分析,从而获得叶片产生的力矩情况,并计算了风机的功率特性。利用求解结果,得到了力矩系数与叶片转角之间的关系。分析了风机叶片在旋转一周中所产生的最大扭矩以及负扭矩所处的位置和范围。通过分析转角对风机性能的影响,可为今后的Savonius风机叶片形状优化和效率提升提供参考。     

垂直轴风力机两种翼型气动性能比较研究

叶片是风力机最重要的组成部分,在不同的风能资源情况下,翼型的选择对垂直轴风力机气动特性有着重要的影响。文章分别以NACA0018翼型(对称翼型)和NACA4418翼型(非对称翼型)建立3叶片H型垂直轴风力机二维仿真模型。应用数值模拟的研究方法,从功率系数、单个叶片切向力系数等方面比较两种风力机模型在不同叶尖速比下的气动特性,并采用风洞实验数据验证了流场计算的准确性。CFD计算结果表明:在低叶尖速比下,NACA4418翼型风力机气动特性优于NACA0018翼型风力机,适用于低风速区域;在高叶尖速比下,NACA0018翼型风力机气动特性较好,适用于高风速地区。而且在高叶尖速比时,NACA0018翼型在上风区时,切向力系数平均值要高于NACA4418翼型,在下风区时,NACA418翼型切向力系数平均值高。该研究可为小型垂直轴风力机翼型的选择提供参考。