通用风力机翼型气动特性数值模拟

针对某翼型扰流流动,建立了二维可压缩湍流模型,利用商业软件FLUENT对翼型不同来流攻角下的气动特性进行了相应的数值模拟计算.湍流黏度采用基于RANS的Spalart-A llm aras湍流模型处理,得出了雷诺数在3.2×106时,某翼型的升力系数、阻力系数和压力分布随来流攻角的变化关系,并与同类翼型实验数据进行对比.结果显示:该翼型与修型前的翼型相比,具有较高的升力系数和升阻比,失速性能更好.     

γ-Re_θ转捩模型在风力机翼型数值计算中的应用

很多湍流模型忽略了层流区域的存在,但实际流动在翼型某位置处开始转捩,此时模型显然偏离实质,计算结果精度较低。因此加入γ-Reθ转捩模型,将转捩动量厚度雷诺数Reθ作为经验关联函数来控制边界层内间歇因子γ的生成,再通过间歇因子来控制湍动能产生项,使湍流模型在层流区域失效。首先为了验证数值计算的准确性,采用上述方法针对风力机翼型A2121,在高雷诺数4×106下对几种典型攻角的气动性能进行计算,对比普通全湍流模型、湍流转捩模型和风洞试验的计算结果,发现湍流转捩模型结果更精确。之后在更大攻角范围-10.14°~25.09°内,采用此转捩模型数值方法进行气动仿真,发现其总体计算结果与风洞试验实验数据较吻合,验证了此数值方法的正确性和有效性。     

平底后缘风力机翼型气动噪声计算研究

基于二维雷诺平均NS方程,采用SST k-ω湍流模型结合γ-■θt转捩判断方法,对传统尖后缘翼型及修形后的平底后缘翼型进行了粘性绕流数值计算;在此基础上结合Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)声学方程,采用混合方法对平底后缘翼型的气动噪声进行了计算。计算结果和实验结果吻合良好,表明文中方法在平底后缘风力机翼型气动噪声计算方面具有良好的应用前景。     

涡流发生器对风力机翼段动态失速影响

为研究翼型动态失速过程中,涡流发生器(VGs)对其气动特性和流场的影响,本文采用延迟分离涡模型对加装VGs的风力机翼型DU91-W2-250翼段动态失速进行了数值模拟,分析了VGs对深失速和轻失速转化过程的影响.结果表明:涡流发生器对动态失速有抑制作用,有显著的增升减阻效果,翼段下俯段的气动性能改善效果要好于上仰段.由...     

风力机翼型及叶片气动性能数值模拟

采用FLUENT数值计算方法模拟了NACA4412、NACA4418、FX60-126和NREL-S809四种常用风力机翼型和单位长度平板叶片以及单位长度实际叶片.通过数值计算所得4种翼型的升阻力系数曲线与实验数据的对比,验证了计算模型和计算方法的准确性,在此基础上分析了翼型和平板叶片随攻角变化的流场分布规律以及实际叶片的三维气动特性,数值模拟结果显示三维平板叶片在失速攻角附近气流展向流动较明显,三维实际叶片旋转时气流展向流动产生了三维涡体,更准确地反映了实际叶片的气动特性.     

风力机翼型边界层分离流动三维特性的数值模拟

针对NRELS809翼型绕流流动分别建立了二维和三维可压缩湍流模型,并进行了相应的数值模拟计算。湍流黏度分别采用基于RANS的Spalart-Allmaras和k-ωSST两种湍流模型来处理。研究结果表明:基于RANS的三维Spalart-Allmaras湍流模型在大攻角下得到了更加细致的涡结构,且更能显示出边界层分离流动的三维特性,计算出的翼型气动性能与实验测试值更接近,因此,Spalart-Allmaras湍流模型比k-ωSST湍流模型在预测翼型失速后气动性能方面更加有效。数值计算结果同时揭示了分离流动的三维特性是影响翼型气动性能的重要因素,而二维模型并不适用于翼型气动性能的计算。     

考虑不确定性的风力机翼型颤振边界研究

随着风力机叶片长度不断增加,其柔性增加,气弹稳定性下降。准确判别叶片气弹稳定性边界对叶片设计具有重要意义。然而,风力机现实工作环境存在不确定性的随机影响因素,使得叶片气弹稳定性边界不是确定值。基于OpenFOAM求解器,对FFA-W3-241翼型的动态失速过程进行了数值模拟,通过能量法找寻翼型俯仰与沉浮耦合运动下的颤振边界;采用基于稀疏网格法的多项式混沌方法对耦合运动进行了不确定性量化分析。结果表明,在轻度失速工况下翼型颤振边界不明确,考虑不确定因素为俯仰平均攻角、俯仰攻角振幅、俯仰折合频率、沉浮距离振幅、沉浮折合频率后,翼型发生颤振的概率为49.48%。此外,颤振发生对俯仰折合频率的敏感度最高,其次是沉浮折合频率,而沉浮距离振幅、攻角振幅对颤振的影响较小。     

翼型失速特性的RANS方法与DES方法数值模拟对比分析

RAN S(R eyno lds-averaged N av ier-Stokes)加湍流模型是当前计算飞机粘性流场的最常用方法,数值实践说明要计算大分离流动,需要更高级的方法例如LES(Large Eddy S im u lation)或DN S(D irect N S S im u lation)。然而实际雷诺数下,LES和DN S对网格的要求太高,以至目前还难以应用。DES(D etached-Eddy S im u lation)方法结合了RAN S和LES的优点,通过对Spalart-A llm aras湍流模型中长度尺度的修正,在近壁面它体现为RAN S模型的特点,而在远离物面处又保持LES的亚格子模型的特性。论文对比了采用RAN S和DES方法数值模拟翼型失速特性的能力,并与实验结果进行了对比。结果表明,对大分离流动的数值模拟,DES方法体现出更强的能力。     

基于合成射流风力机翼型气动特性的数值模拟

在翼型上引入射流,以较小流动干扰对翼型表面绕流进行主动流动控制,从而达到延迟失速、抑制分离、增升减阻的目的.通过数值模拟方法,分析了合成射流中的参数射流偏角、动量系数和无量纲频率对翼型气动特性的影响.结果表明,合理地选择射流参数可以达到抑制翼型流动分离、实现增升减阻的目的,得出了相关参数与翼型特性之间的关系曲线,为下一步射流器的选择与控制提供了一些有意义的帮助.     

两种厚度翼型动态失速特性的研究

在西北工业大学 Ｎ Ｆ３ 低速翼型风洞内首次完成了两个直升飞机旋翼翼型的动、静态测压实验研究。简述了翼型动态实验所用的测试设备、仪器和实验方法,对影响翼型动态失速特性的两个主要因素——折合频率和振幅角进行了较为详细的分析研究。给出了相对厚度分别为９％ 和１２％ 的两个直升飞机旋翼翼型的研究结果。     

一种风力机专用翼型气动特性的非定常数值模拟

基于N-S控制方程,对NREL的S827翼型进行了非定常数值模拟,得到了雷诺数为2×106时,该翼型在不同攻角下的升力系数和阻力系数曲线以及速度分布图,数值模拟结果与NREL所提供的气动数据吻合良好.同时,在1×105～1×107雷诺数范围内,对0°、6°、10°等攻角下该翼型的升力系数和阻力系数随雷诺数的变化规律进行了数值模拟研究,为工程实际提供了一些有意义的参考.     

风力机专用翼型数值模拟中湍流模型的选择

基于三维N-S方程,分别选用k-ε、k-ω、RSM和LES四种湍流模型对风力机专用S827翼型进行了数值模拟,对比了不同湍流模型对气动模拟精度的影响,得到了雷诺数为4×106时,该翼型在-4°～10°攻角下的升力和阻力特性曲线以及压力分布图,并与NREL的气动数据进行对比,结果表明,RSM湍流模型更适用于风力机专用翼型的数值模拟。     

缩进式Gurney襟翼对风力机流动控制的数值研究

在大厚度、低雷诺数风力机专用翼型上加装缩进式Gurney襟翼进行数值模拟研究,获得了Gurney襟翼在相同的襟翼高度下,不同的襟翼位置对风力机专用翼型气动特性的影响规律,给出最佳襟翼位置;最后探讨了缩进式Gurney襟翼控制流动的机理.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.     

基于转捩模型的涡轮流场及性能数值模拟

基于耦合Langtry-Menter转捩模型的SST湍流模型,通过求解雷诺平均的N-S方程组对不同雷诺数工况下5台涡轮部件的性能及流场进行了全三维粘性定常计算。计算结果表明,所预测的5台涡轮效率及流通能力随雷诺数减小的变化量较俄罗斯经验关联曲线所给出的变化量偏低1~2个百分点左右。总的来说,建立的基于转捩模型的数值计算方法能够较好地评估雷诺数效应对涡轮性能的影响,具有较好的工程应用价值。     

翼型的力矩特性改善技术研究

翼型的设计除了追求高升阻比设计指标外,同时零升力矩和力矩拐折特性也是非常重要的设计指标,否则将导致飞机较大的配平阻力和较差的力矩特性。本文在不改变翼型基本特性的前提下,给出了改善翼型零升力矩和力矩拐折特性的一种方法,通过计算和风洞试验验证了该方法的可行性,并进行了流动机理的分析。     

涡流发生器布局方式对翼型失速流动控制效果影响的实验研究

采用风洞实验的方法开展了涡流发生器布局方式对翼型失速流动控制效果影响的研究.通过对比在干净翼和安装涡流发生器情形下的气动力,重点讨论了涡流发生器布局方式对翼型失速流动控制的影响.结果表明:第一类和第二类布局方式都能够有效抑制翼型失速,提高最大升力系数,其失速特性得到极大改善;第二类布局方式对失速的控制效果略优于第一类,...     

前端过渡半径对轻型客车气动特性影响的数值模拟

为了研究轻型客车气动特性的影响因素,以某国产轻型客车1∶5简化模型为研究对象,通过数值模拟的方法,计算前端过渡半径改变后轻型客车的气动阻力和气动升力,得到其变化规律。模拟结果表明,前端过渡半径对轻型客车的气动特性有很大影响,所以在设计过程中应通过数值模拟和风洞试验的方法确定最佳的过渡半径。计算和分析的结论可以为轻型客车的减阻研究、造型优化和新车型开发提供科学的理论依据。