基于深度学习的翼型气动弹片流场参数预测

弹片是解决翼型流动分离的重要技术手段,合理的弹片参数对翼型表面压力分布尤为重要。基于数据驱动的深度学习方法与计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)相结合,可快速有效地完成对复杂流场特征的识别与提取。本文提出一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)的翼型表面压力分布预测方法,通过提取流场的尾流速度、压力等流动特征构建翼型表面压力分布的预测模型。首先,通过数值模拟计算了8种不同抬起角度的NACA 0012弹片翼型的流场;其次,采用提取的流场数据建立CNN预测模型;最后,将预测值和CFD计算值进行对比。结果表明：基于CNN的预测模型对翼型表面压力系数分布有较高的预测精度,其中尾流速度模型在弹片抬起角度为15°时的预测均方根误差仅为0.1,说明尾流速度中包含丰富的流场信息。     

垂直轴风力机动态流场及其气动性能分析

垂直轴风力机气动性能研究是风力机设计、实验的重要部分,对其运动状态下的流场进行分析是观测垂直轴风力机性能重要环节.基于NACA0012对称翼型,建立二维几何模型并进行模拟计算.采用k-ωSST湍流模型及滑移网格技术,通过CFD软件数值计算得到达里厄型直叶片垂直轴风力机运行时周边流场分布情况.通过比较不同方位角下流场涡量以及升、阻力系数得出:在方位角为105°附近时,翼型下表面产生流动分离,并导致失速;下风区翼型运行的流场由于受到上风区尾流的影响,翼型周围没有产生明显的流动分离.     

水介质中尾部锯齿结构叶片数值计算

为了验证将空气动力学中翼型部件采用的锯齿形尾部结构引入到水力机械翼型部件中的可行性,建立了NACA0012型对称型叶片的几何模型,并在此基础上建立了尾部带锯齿的NACA0012型叶片修改模型,利用数值计算方法计算了在入流速度10 m/s下带锯齿与不带锯齿的NACA0012型叶片在0°及10°攻角下的流场数据及压力脉动数据。计算结果表明,锯齿形边缘结构在攻角为10°时能有效减小叶片尾部、背水面的脱流及尾迹中的漩涡和流场中的水力振动,锯齿结构改善叶片水力性能效果显著;而攻角为0°时流场中水力振动轻微增加。由此说明,锯齿结构可起到改善水介质中翼型部件水力特性的作用。     

低雷诺数下NACA64-418翼型的流动分离研究

通过粒子图像测速（PIV）技术，在低速风洞中研究了0°~15°攻角和雷诺数分别为1.54×105、2.57×105和3.59×105下NACA64-418翼型的压力性能，并基于γ-Reθ转捩模型分析了翼型表面的流动分离及涡脱落情况。 研究表明:NACA64-418翼型具有较大的失速攻角,PIV结果的时均流场和瞬时流场表明，NACA64-418翼型具有较大的失速攻角，随着雷诺数的增加，失速攻角变小;从翼型壁面回流区可以看出γ－Reθ转捩模型可以准确评估翼型表面从层流到湍流流动的变化;数值结果与实验结果进行比较，验证了γ－Reθ转捩模型的预测是准确的。     

6种风力机叶片翼型的气动性能数值模拟研究

选取NACA4412,NACA4418,FFA-W3-211,FFA-W3-360,FX60-126和NREL-S809等6种常用风力机叶片翼型,进行二维几何建模和计算域网格划分,运用FLUENT软件对风力机叶片翼型的空气动力性能进行数值模拟和仿真分析;并与实验数据进行参照、对比和分析,验证数值模拟的可靠性.对风力机叶片常用翼型进行气动数值模拟计算和分析,可深化了解风力机翼型的气动性能,为风力机叶片翼型选型和叶片翼型改型设计和研发工作提供技术参数和指导意见.     

翼型前缘对翼型动态气动性能影响的数值分析

为研究前缘对翼型气动性能影响,以NACA0012翼型为基础,通过曲线参数化方法改变翼型前缘吸力面及压力面型线,设计了8种不同前缘的翼型,并采用SST k-ω湍流模型研究了翼型在俯仰运动过程中的动态失速特性。结果表明:翼型动态失速特性受翼型压力面外形的影响较小;翼型吸力面加厚,将有效改善俯仰运动过程中的动态气动性能;翼型前缘弯度上弯将加剧翼型失速现象;翼型前缘弯度下弯可在一定程度上有效抑制动态失速现象,且变形量越大,抑制效果越好。     

V型沟槽对钝尾缘翼型流场分布及气动性能影响的研究

基于k-ωSST湍流模型,利用商业CFD工具ANSYS Fluent 16.0对DU35-17原始翼型、钝尾缘修型翼型及布置V型沟槽钝尾缘翼型进行数值模拟计算,对翼型改进前后的升阻力系数、流场分布和表面压力系数进行对比分析.结果表明,翼型在钝尾缘修型的同时布置V型沟槽,通过改变翼型尾缘处的压力分布和翼型表面的流动分布,...     

襟翼结构及安装位置对风力机翼型的流场影响

为了分析不同襟翼结构和安装位置对翼型附近流场的变化情况,以NACA0012翼型为研究对象,建立加装不同襟翼翼型的二维计算模型,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方程并且采用Spalart-Allmaras湍流模型计算翼型在0°到18°攻角α范围下翼型升阻力系数、升阻比、表面压力系数以及翼型附近的流场流线分布,分析翼型尾缘附近不同位置处添加不同襟翼结构时其流场流动特性。结果表明:对于添加襟翼后各翼型,由于襟翼的存在,整个翼型形状发生改变,使翼型与襟翼连接处流场发生不同程度的突变,导致翼型尾缘附近的流场、压力场以及上下表面压力分布发生了显著的变化,尾缘Gurney襟翼突变程度大,流体较易发生分离;尾缘三角襟翼有个倾斜过程,减缓了流体分离,从而延迟了分离流动的攻角。小攻角(0°~4°)下尾缘三角襟翼的翼型有显著的增生效果。     

风电叶片低粗糙敏感性厚翼型优化方法研究

基于叶片设计需求,将厚翼型设计点性能随前缘粗糙的敏感性参数化并引入到厚翼型设计中,改进其优化模型;结合翼型几何设计、性能分析以及最优化算法建立厚翼型低粗糙敏感性优化设计方法。通过35%相对厚度翼型案例设计,验证了该方法在实现光滑表面下高气动性能的同时,可有效降低粗糙表面下的性能损失。     

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。     

某新翼型风力机叶片的设计与气动性能试验

利用作者所在课题组最新研发的某风力机新翼型,基于Wilson法,通过MATLAB编写的叶片设计计算程序获得了某300 W小型水平轴风力机新翼型叶片的相关数据,并制做了实体叶片。通过气动性能试验,验证了程序的可靠性。为进一步比较在相同设计条件下,新翼型叶片在气动性能方面的先进性,以NACA4415为设计翼型进行了叶片的设计计算,并制作了相应的翼型叶片。通过气动性能试验,验证了新翼型叶片的气动性能优于NACA4415翼型叶片。     

PREDICTION OF THE AERODYNAMIC CHARACTERISTIC OF WIND TURBINE AIRFOILS THROUGH ±180°ANGLE OF ATTACK

利用经验公式、小攻角下翼型气动特性数据建立了翼型在-180°～180°攻角范围内的气动特性估算模型.以NACA0012翼型、NACA0015翼型为例,对翼型全流向范围的升力系数、阻力系数、力矩系数进行了估算,并对风力机翼型DU96-W-180的升力系数、阻力系数进行了估算,将估算结果与实验结果进行比较,验证了估算方法的合理性.     

基于鸮翼特征的曲线形尾缘锯齿翼型气动噪声研究

受到鸮类“静音飞行”的启发,将猫头鹰羽毛特有的曲线锯齿结构应用到三角形锯齿齿边,设计曲线形尾缘锯齿翼型,探究仿生锯齿结构的降噪潜力。以NACA0018翼型为原型翼型,通过大涡模拟（LES）与FW-H声类比方程相结合的方法,分析原型翼型、仿生曲线形锯齿尾缘翼型和传统三角形锯齿尾缘翼型的气动声学特性。结果表明,仿生曲线形锯齿尾缘翼型在声指向分布的所有方位角的总声压级均有降低,相比于传统的三角形锯齿尾缘翼型,噪声值最高能降低3.77 dB。压力脉动云图和流向速度的湍流波动分布结果表明,仿生曲线形锯齿可有效抑制尾缘附近的压力脉动,显著减小齿中部的湍流波动,从而降低翼型的气动噪声。     

风力机翼型表面凸台的粗糙度效应研究

文章选取风力机常用翼型DU91-W2-250和NACA63-425为研究对象,通过γ-Reθt转捩模型对光滑翼型和粗糙翼型进行了二维定常模拟.用矩形凸台代替实际锯齿形粗糙带验证了模拟翼型表面粗糙度效应的可行性.通过升、阻力系数的比较和流场显示,探讨了粗糙度影响翼型气动性能的内在机理.数值模拟结果表明:矩形凸台可以有效地...     

风力机主动柔性翼型气动特性研究

选取NREL S809翼型进行柔性尾缘翼型的数值计算,其中静态特性计算采用势流方程与边界层方程耦合,动态特性计算采用RANS方程与湍流模型进行CFD求解,尾缘几何变形采用C语言编程通过插值拟合完成,柔性翼型周围区域流场划分采用动网格技术实现。通过数值分析,研究了翼型变形后的静态气动特性差异、柔性翼型表面压力分布及动态气动特性随尾缘摆角的变化规律。     

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。     

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。     

叶片副翼摆角对两段式翼型气动性能的影响

以Spalart-Allmaras(S-A)湍流模型为计算模型,对风力机叶片NACA0018翼型在副翼摆角分别为0°、5°、10°和15°下的流体流动情况进行数值模拟,分析不同攻角下带副翼翼型上升阻力性能曲线以及翼型表面压力分布云图和流场流线图,研究不同摆角对带副翼翼型的空气动力学性能的影响。结果表明:相同攻角时,翼型的升力系数随着副翼摆角的增大而减小;副翼摆角的增大可以增大翼型的失速攻角,改善翼型周围流体的流动状况,提高翼型周围特别是副翼周围流体流动稳定性,抑制流动分离涡的形成。     

水平轴风力机失速延迟特性及其力学机理的研究

建立简化的风力机模型,研究了风力机叶片翼型表面的压力分布及升力系数的分布,并与静态实验数据相比较,成功模拟了旋转所造成的失速延迟现象.通过计算离心加速度和哥氏加速度在叶片表明边界层内的分布,在叶片展向不同位置,两者在数量上具有相同的量级,但是哥氏力的大小与失速程度有关.比较两者对翼型失速延迟作用的差异,从数量上解释了三维翼型形成展向流的原因和失速延迟的机理.     

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。