不稳定分层大气边界层中沙尘暴的无黏模型研究

实验观测表明,沙尘暴发生之前的大气边界层常常是不稳定分层的。沙尘暴可被视为处于超高Reynolds数的颗粒两相湍流异重流。为了研究异重流坍塌阶段的主控机制,建立了一个无黏模型,发现在重流体或环境流体或两者均存在不稳定密度分层时,表征异重流头部速度的Froude数都会变小。对不同的开闸高度和不稳定分层情况的开闸式异重流进行了数值模拟。尽管在密度界面存在混合,但是模拟所得的头部速度与高度关系同无黏模型的预测相符。另外,野外观测到的沙尘暴头部速度增量同该模型的预测基本一致,显示在该类高Reynolds数湍流中无黏机制的贡献不容忽视。

风力机黏性无黏耦合气动模型研究

三维面元法利用面网格实现三维势流流场的求解,不但可以准确地计算压力系数分布等叶片三维流场信息,又不需要耗费过多的计算时间,为分析风力机三维流场提供了有效的途径。边界层模型可以有效地计算近壁黏性区,从而补充面元法的不足。基于三维面元法和二维边界层模型建立黏性无黏耦合模型,并以Joukowsky翼型为案例验证面元法模型准确性。利用黏性无黏耦合模型对NREL Phase Ⅵ风力机叶片的三维流场进行了具体的分析。计算结果表明黏性无黏耦合模型具有效率高计算准确等特点,适合于风电叶片气弹耦合问题的研究。

S1流场计算技术的改进和完善

采用有黏-无黏相互迭代的研究方法,对已有的S1流场计算程序进行了改进与完善。就数值计算结果与试验结果的对比而言,改进后的S1流场计算程序在精度上基本可以满足工程要求。

风力机致动体模型研究

在风力机流场及其气动性能分析中,计算流体动力学(CFD)方法已受到越来越广泛的关注。近年来出现的致动模型,以在流场中添加体积力源项的形式模拟风力机与三维流场之间的相互作用,极大简化了CFD计算的网格前处理过程、降低了三维CFD计算的网格数量,为大尺度风场的工程计算提供了有效途径。本文研究了致动模型中体积力源项的分布形式,以前期建立的黏性无黏耦合模型为基础构建了新型致动体模型。该模型基于黏性无黏耦合模型提供的压力分布,在叶片真实的三维几何表面布置体积力源项,从而在源头上降低了致动模型所引入的体积力源项分布误差,提高了现有致动模型对叶片三维几何形状的计算精度。