风力机组叶片的先进翼型族设计

大型风力机组叶片设计需要专用的翼型族,以满足风力机组运行的环境要求。高升阻比、低粗糙度影响是该翼型族的气动性能特点。为了发展我国具有自主知识产权的风力机专用翼型族,在科技部863项目的支持下,北京航空航天大学联合国内气动研究单位,通过理论分析、数值模拟和风洞试验等技术途径,开发了两个适用于大型风力机组叶片的先进翼型族。理论分析和风洞试验表明,设计结果基本达到了预先设定的气动性能指标。

绕Apollo飞船的高超声速化学非平衡流动的数值模拟

利用混合通量分裂方法，建立了很方便求解的隐式ＮＮＤ格式，求解了完全气体和化学非平衡空气绕Ａｐｏｌｌｏ飞船的流动，计算结果和实验值作了比较．应用拓扑分析方法，研究了背风区和尾迹内的流动结构．

风能工程中流体力学问题的研究现状与进展

中国风电行业发展十分迅速,总装机容量和新增装机容量已达到世界第一,主力机型将从兆瓦级发展到多兆瓦级(>5 MW),风资源已从陆地扩展到海上,这些变化将带来一系列新的问题.本文将就目前风力发电行业中的流体力学问题进行综述和探讨,总结其研究现状及取得的进展.主要包括大气边界层风特性、局部复杂地形影响及微观选址、风力机尾流干扰、风力机专用翼型族、风力机性能计算、气动弹性、海上风力发电的基础及水力作用等问题.此外,还针对目前发展迅速的计算流体力学问题进行了讨论.最后指出中国风电技术的不足及措施.

近似黎曼解对高超声速气动热计算的影响研究

高超声速流场计算一般采用TVD型格式,这些格式中,大多采用了不同形式的近似黎曼解.通过分析和数值验证,论述了激波捕捉格式中近似黎曼解的耗散性质,说明其对高超声速热流计算的影响.数值实验证明,采用低耗散格式可大大提高热流计算精度,降低热流计算对网格的依赖程度,从而获得精确的热流数值解.

远程超低飞行轨道分析

研究了一种新的远程导弹飞行轨道的可行性,它的最大飞行高度约100km.这种超低弹道,借鉴卫星模式,利用离心力抵抗重力。与卫星轨道运行不同的是,超低弹道周围的稀薄空气影响至关重要,必须考虑。计算和分析结果表明,在相同载荷条件和射程条件下,超低弹道和经典的最小能量弹道对于火箭动力的需求大致相当,射程10000km以上基本相同。头部半径为5cm的轴对称外形,沿超低弹道飞行时,其驻点热流在高度26 km左右达到最大值50 MW/m^2,约为最小能量弹道驻点热流最大值的50%。由于超低弹道对升力没有要求,飞行过程中的气动加热问题,沿用成熟方法如烧蚀防热即可解决。总体而言,超低弹道对于火箭动力与外形气动力/热要求,现有技术容易满足,因此利用它增强远程导弹的突防能力是现实可能的。

高超声速层流尾迹的数值模拟

本文利用无波动、无自由参数、耗散的差分格式(NND格式),通过求解NS方程,数值模拟了高超声速层流尾迹的流动,清晰地给出了主激波、拐角膨胀波、迹激波及自由剪切层,所得流场物理量的分布与实验结果甚为一致。计算发现了底部迴流区由起始向定常的发展中,在瞬时流线图上经历了极限环形成、胀大、缩小、再胀大最后消失的演变过程。

小型垂直轴风电系统与其复合材料叶轮研制

结合风力发电机在国内外的发展趋势及应用情况,对自主研发的小型垂直轴风力发电系统进行了全面阐述。针对小型垂直轴风力发电机实际运行特性,提出了其总体设计原则、方法以及复合材料叶轮翼型选择和叶型设计的思路;建立了叶轮结构优化与校核的方法,实际测试表明该方法能有效减轻叶轮质量,提高结构效率。分析了小型垂直轴风机气动性能的各种影响因素,进而开展了垂直轴风机的整机系统匹配研究;将自主研发的风光协同发电系统应用于道路照明示范工程,取得了良好的效果,展现出广泛的应用前景。

有限催化对返回舱气动热环境影响

基于给定催化效率的方法,发展了包含离子组分的有限催化边界条件,并结合多组分化学非平衡N-S方程数值求解,建立了有限催化条件下的高超声速飞行器气动热环境计算方法。采用不同催化效率对返回舱外形典型再入工况气动热环境开展了计算分析,研究了壁面有限催化对该返回舱气动热环境的影响规律。结果表明:壁面催化效率对返回舱气动加热影响显著,采用低催化效率壁面材料可有效缓和返回舱气动热环境;扩散热流相对传导热流对壁面催化效率更加敏感,是影响气动热的主要机制,但热流并不随催化效率增加而线性增大;壁面有限催化对气动热的影响不仅与壁面材料催化效率有关,也与流场离解电离程度、壁面密度、温度等当地流动参数相关。

小型垂直轴风机叶片制备与设计实验验证

针对小型垂直轴风机的设计,采用低成本的闭模成型工艺制备了多种类型的复合材料风机叶片,通过实际运转实验验证了不同设计参数对风机运行情况的影响。结果表明,该成型工艺制作的叶片尺寸精确、质量稳定,满足平衡性要求;H叶片的启动性逊于S叶片,但具有优异的加速性能;可以通过增加叶片数目以及加大风轮旋转直径有效降低风机启动风速,并提高其转速;安装阻力型叶片可以有效改善升力型叶片的启动性能,但对风机所能达到的高额定转速影响不大;叶片安装角度的改变对风机启动及转动性能的影响随着安装角度的增大呈先提高后降低的趋势。

离散空间直接建模的计算流体力学方法

本文提出了一种发展适合多尺度、多物理流动的CFD格式的全新途径,即直接在离散空间利用物理模型的跨尺度演化解来建立数值格式的新方法.与直接离散偏微分方程的传统做法相比,基于离散空间直接建模构造出的数值方法考虑了网格尺度和物理模型之间的匹配,能做到不同尺度上物理模型的连续过渡,从而实现对多尺度流动的高效模拟.Boltzmann方程的模型演化解为直接建模方法提供了重要的支撑.本文提出了直接建模构造计算流体力学方法的理论基础,并给出了在建立统一气体动理学格式中的成功运用,验证了新方法的可行性和优越性.