风力机专用翼型气动结构一体化设计

基于保角变换理论,提出了风力机专用翼型气动结构一体化设计方法。该方法结合西奥道生理论和B样条曲线对风力机翼型进行参数化表达;以翼型气动和结构性能最优为目标,建立了翼型优化数学模型;运用RFOIL软件求解气动特性、利用Matlab求解翼型结构特性,结合改进的遗传算法对翼型进行优化设计。优化得到相对厚度为21%的新翼型CQUL210,并将该翼型与国际知名的风力机翼型DU93-W-210进行了对比分析,结果表明:在设计攻角范围内,新翼型在自由转捩和固定转捩条件下气动性能都更加优越。有限元分析结果表明,新设计的CQUL210翼型的结构性能优于DU93-W-210翼型。本文方法对提高叶片捕风能力和减轻叶片质量具有重大意义。

基于遗传算法的扰流防舞机理研究

采用遗传算法导出了扰流防舞器的空气动力特性表达函数 ,在加装扰流防舞器后 ,通过改变其系统的空气动力特性 ,可以有效地抑制舞动现象的发生。该算法较大地提高了导线起舞的临界风速 ,具有较为明显的防舞效果 ,为这种新型防舞器提供了计算依据 ,并验证了其防舞效果。

基于分步遗传算法的车身气动优化

把车身气动优化分为3个阶段:二维车身阶段进行全局搜索;三维无轮车身和带轮整车阶段进行局部逼近;最后根据二维和三维算例的差异针对各阶段制定相应的进化策略。由于车轮的存在使车身气动规律发生变化,为了进一步提高优化效果,本文优化方法将固定位置的车轮作为约束条件之一。采用本文优化方法得到的低阻形体中,凸头车型和凹头车型的带轮整车优化结果的风阻系数CD值分别为0.129和0.124。同时,缩比模型的风洞试验也验证了该优化方法的可靠性。

基于近似模型的可变后扰流器气动优化

为了更好地改进车辆的气动特性,讨论了一种将参数化建模、CFD计算和数值寻优方法相结合的气动优化方法。设计了一种根据使用工况可调的汽车后扰流器,针对高速行驶和高速制动2种典型工况,对该扰流器的形状和位置进行气动优化。首先对可变后扰流器进行参数化设计,并用拉丁方法对参数化模型进行试验设计,通过CFD计算获取响应值;然后采用Kriging模型构建参数变量与气动特性之间响应关系的近似模型;最后以该模型为基础使用遗传算法对扰流器形状和位置进行优化设计。研究结果表明:优化后的可变扰流器可使整车在高速行驶工况下阻力系数减小3.3%,升力系数减小22.4%;在高速制动工况下,升力系数减小69.9%,整车的气动特性获得了较大的改善。