基于两种湍流模型的某风机专用翼型数值研究

针对风力机专用S832翼型绕流流动建立了二维不可压缩湍流模型,利用计算流体力学软件Fluent,分别选用S-A、RNGk-ε两种湍流模型对S832进行数值模拟,对比了两种湍流模型对气动模拟精度的影响,得出了雷诺数为3×106时,该翼型在-16°～30°攻角下的升力系数和阻力系数随来流攻角的变化关系及压力分布图,分析了不同攻角下翼型表面压力分布特性并进一步预测了大攻角(达30°)下翼型分离流动特性,并与NREL的试验数据进行比较,研究结果表明:RNGk-ε在预测该翼型小攻角范围气动性方面更加有效。

带扰流板下偏的多段翼型地面效应数值模拟

采用有限体积法和k-ωSST湍流模型求解雷诺平均N-S方程,使用运动壁面边界条件模拟地面的相对运动,研究了地面效应对带扰流板下偏的多段翼型气动特性的影响,并分析了地效影响下升力系数减小的原因。结果表明:随着离地高度的减小,多段翼型的升力和阻力减小,升阻比有所增大;升力系数的减小幅值随着离地高度的减小和迎角的增大逐渐增大,最大可以减小22%左右;地效影响下,主翼上表面吸力减小导致的升力系数减小幅值是下表面压力增大导致的升力系数增大幅值的3倍以上。升力系数减小原因分析表明:(1)地面效应对干净翼型升力系数的影响与迎角范围有关,在中小迎角下升力系数增大,在大迎角下升力系数减小,而多段翼型往往工作在大迎角下的起降阶段,故其升力系数在地效作用下减小;(2)扰流板下偏前后的升力系数增量随着离地高度的减小而减小,最大减小量可以达到50%左右,说明地面效应使得多段翼型前后部件之间的增升作用减弱,从而导致多段翼型的升力系数进一步减小。

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。

迎风格式的低速预处理及远场边界影响研究

为处理低马赫数下的流动问题,在原来可压缩流动求解器的基础上,引入Weiss-Smith预处理,根据Roe通量差分分裂(FDS)思想,修改了Roe FDS中的耗散项,并基于预处理后的方程组系数矩阵的特征系统,重新构造了主对角占优的近似因子隐式时间推进(AFADI),然后考察了不同远场边界对低速流动的收敛性和计算精度的影响。计算结果表明:采用预处理后,合理的设置远场边界,可以进一步改善迎风预处理格式的收敛性和准确性;采用CVBC远场边界时的收敛性均好于SFBC边界;至于计算精度,如果远场离物面较近,采用CVBC边界准确性要高于SFBC;如果远场离物面足够远,采用SFBC作为远场边界也是可以的,与CVBC边界差别很小。

转捩模型在翼型气动性能预测中的应用研究

边界层转捩位置的准确预测对于提高飞行器气动性能的预测精度具有重要意义。选取与k-ωSST湍流模型相耦合的γ-Reθt模型,以零压力梯度平板为研究对象,通过求解基于有限体积法的雷诺平均N-S方程验证该模型自动捕捉流动转捩的准确性;将该模型应用于传统有压力梯度的NACA 0012翼型的流场特性和气动性能的研究中,并与原始k-ωSST模型的计算结果及全湍流试验数据进行比较。结果表明:远场边界距离对翼型阻力系数有较大的影响;与无转捩模型相比,γ-Reθt转捩模型对翼型阻力系数的预测精度有一定程度的提高;对于二维模型,γ-Reθt转捩模型难以捕捉翼型表面的三维效应和非定常分离特性。

风力机叶片S832翼型的两种湍流模型数值分析方法及其比较

采用S-A和RNGK-ε湍流模型对风力机专用S832翼型的绕流流动建立了二维不可压缩湍流模型，利用计算流体力学软件Fluent，对两种模型进行数值模拟，得到了雷诺数为3×10^6时该翼型在-16°～30°攻角下的升力系数和阻力系数与来流攻角的关系以及压力分布图，并进一步分析了不同攻角下翼型表面压力分布特性，预测了大攻角（达30°）下翼型分离流动特性。结合NREL的试验数据，对两种湍流模型模拟的精度进行了分析比较，结果表明在小攻角范围内采用RNGK-~模型预测该翼型气动性，其结果更加有效。

低马赫数通用飞机翼型压力分布设计特点研究

对低马赫数通用飞机气动设计中可能存在的问题进行了研究和总结,讨论分析了部分相关翼型的压力分布形态的设计特点,并通过多工况层流翼型设计实例验证了部分翼型设计理念。对低马赫数通用飞机气动设计存在零升阻力较大、失速性能要求较高、雷诺数变化范围较大等问题进行了讨论分析。为了解决这些问题,对若干低马赫数通用飞机的湍流翼型和层流翼型的压力分布形态进行了研究,提取部分对翼型气动性能有利的设计特点。以GAW-1翼型为基准,提取某型单发涡桨式轻型多用途通用飞机的典型设计工况,进行了考虑巡航、爬升和失速的多工况层流翼型优化设计。设计结果巡航升阻比提升了9.6,爬升升阻比提升了16.3,但失速最大升力系数减小了0.115。研究结果表明:考虑巡航、爬升和失速的多工况层流翼型设计需求较为矛盾,设计人员应基于低马赫数通用飞机构型特点仔细权衡和取舍。

太阳能无人机低雷诺数翼型气动特性研究

以高空低速太阳能无人机翼型研究为背景,对大弯度高升力翼型在一定雷诺数范围内的流动特性进行了研究。采用求解k-kl-w湍流模型的雷诺平均N-S方程有限体积法,对SD7037翼型进行了数值模拟,在排除网格效应影响的基础上,针对较大范围内的低雷诺数复杂流动问题,验证了该湍流模型的适用性与准确性;针对翼型受力特性,分析了气动力随雷诺数变化的趋势;基于典型雷诺数下翼型绕流结构变化,研究了翼型产生高升力的流动特征;通过进一步研究升力非线性特征,揭示了较大迎角下翼型失速特征的流动机理。

应用于翼型绕流的线性/非线性湍流模式的研究

本文选取了四个线性湍流模式、四个非线性涡粘性湍流模式和一个显式代数应力模式对绕翼型的不可压缩分离流动进行了数值模拟。因计算鲁棒性的需要,其中部分模式在壁面附近耦合了一方程模式。通过与实验结果的比较,对翼型在大攻角情况下流动产生分离的气动特性进行了评估。计算结果表明,非线性模式能够较好地反映湍流的各向异性和曲率影响。

等厚薄板翼型的气动力特性研究

本文从吹风实验及数据分析两方面来研究等厚薄板翼型的气动力特性。在实验中对单园弧、双圆弧、抛物线三种类型的薄板翼型进行了孤立翼型的吹风试验，得出了各翼型升力系数，阻力系数随冲角变化的结果。然后利用非交错网格下的ＳＩＭＰＬＥ方法，计算了等厚薄板翼型流场，计算结果和实验结果吻合较好。

横风作用下高速列车受电弓滑板的气动特性分析

基于三维可压缩流动的N-S方程,采用SSTk-ω湍流模型,对高速列车受电弓滑板在横风条件下的气动载荷特性进行模拟分析,得到受电弓滑板在复杂工况下的气动力系数,气动力矩系数以及绕流场特性.结果表明,在横风作用下前滑板、后滑板在迎流方向产生最大正压,在展向截面上压强均为负值,且后滑板最大负压小于前滑板.前滑板的展向压强分布遵循先一致后对称的规律,后滑板则相反.滑板气动荷载主要集中在0～500Hz范围内,在0～50Hz的范围内气动力系数由最大值衰减至10%左右,说明在该频段内各气动力、力矩波动最大;阻力系数、升力系数的峰值在0～200Hz的范围内,侧向力系数在0～300Hz范围内达到峰值.

合成射流抑制机翼失速颤振的频率控制方法

提出合成射流抑制机翼失速颤振的频率控制方法。建立了大展弦比轻质复合材料机翼的动力学方程,研究了复合材料机翼经典颤振特性,发现其临界颤振速度通常都高于大展弦比无人飞行器的巡航速度。着重讨论机翼失速颤振的幅频特性,基于合成射流可改变涡脱频率这一已有的试验事实,提出利用合成射流分段打乱机翼展向的涡脱频率,使其避开机翼结构固有频率,从而抑制机翼的失速颤振。以NACA0012翼型为例,数值验证了合成射流抑制颤振的效果。结果表明,此方法可显著降低颤振振幅。

低雷诺数仿生分离流翼型气动特性初探

为了探索适合低雷诺数微型飞行器的翼型形式,基于对自然界鸟类和昆虫滑翔飞行时翅膀形状的观察,设计出一种由前缘削尖平板和后缘圆弧翼型组合而成的仿生分离流翼型。数值研究结果表明,气流在削尖平板的前缘点强制分离,形成大范围低压分离流动,随后在后部圆弧翼上表面再附形成稳定低压涡流区,从而实现较高的气动效率和较强的抵抗大气湍流的能力。上削尖平板可以使流动分离点固定在削尖点。相对于单独平板,仿生分离流翼型的升力系数有大幅提高,迎角为4°时提高了112%。此外,仿生分离流翼型可以在较宽的迎角范围内(4°~20°)保持高升力,但是迎角增加,阻力也快速增大,因此小迎角情况下(小于4°)气动效率更优。

多孔介质对圆柱-翼型干涉噪声的影响

采用LES(large eddy simulation)+FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)方程,研究了圆柱表面使用不同PPI(pore number per inch)和厚度的多孔介质对圆柱尾迹及圆柱-翼型干涉噪声的影响,探索了多孔介质的降噪规律和机理。结果表明:多孔介质能稳定圆柱表面的剪切层,抑制旋涡脱落,从而削弱尾迹对下游翼型的影响,圆柱单音噪声最大可降79 dB,翼型单音峰值降低13.22 dB,宽频噪声降低20 dB;多孔材料PPI的变化对降噪效果影响较小,而厚度是影响流场模态、降噪效果及气动性能的一个关键参数;多孔材料厚度合适时,圆柱-翼型流场形态为“剪切层模态”,可有效降低湍流干涉噪声;多孔材料厚度较小时,发现了一种流场形态,即“剪切层-尾迹模态”,导致翼型噪声增大;合适的多孔介质厚度不仅降噪效果显著,对圆柱-翼型的气动性能也有改善作用。