结构参数对仿生翅片翼气动性能影响
发布时间：2021-10-11 00:08
为提高翼型气动性能,提出一种仿生翅片翼型.以NACA0018为例,在翼型吸力面布置固定仿生翅片翼,分析翅片翼的相对位置、相对长度结构参数及两者综合效应对仿生翅片翼改变翼型气动特性的能力的影响,并从流场角度分析仿生翅片翼的作用机理.数值计算结果表明:以翅片翼的最佳控制效果作为衡量标准,靠近前缘处翅片翼对大分离流动效果显著,靠近尾缘的翅片翼对于中度的流动分离效果较好;相对长度与翅片翼气动性能呈非线性关系,且长度过短时无法对分离层产生有效分割,过长时影响分离层上方的流体.当翅片翼末端刚好接触分离层的边缘时,控制效果最佳;仿生翅片翼的气动性能是由翅片翼的相对位置、相对长度共同决定的,单变量的研究难以准确地解释其中的规律.
【文章来源】：哈尔滨工业大学学报. 2019,51(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
实物模型Fig．1Physicalmodel
膀对流动分离的控制，建立翅片翼模型，改变结构参数并进行气动特性分析．1翼型模型及数值计算1．1仿生翅片翼型模型建立在自然界中鸟类飞行时，在遇到俯冲或是阵风等不同况导致翅膀表面的流体发生分离时，表面小的覆羽张开以应对流动分离的发展及恶劣影响．基于此，本文设计出应用于风力机的一种仿生翅片翼，如图1所示．图1实物模型Fig．1Physicalmodel以NACA0018翼型为基础翼型，弦长C=0．25m，在距翼型前缘点d/c倍弦长处的吸力面布置长为l/c倍弦长的固定仿生翅片翼，如图2所示．其中仿生翅片翼抬起角度θ．!"#$%#$$图2仿生翅片翼计算模型Fig．2Amodelofbionicfin-wingcalculation1．2计算方法采用计算流体力学软件ANASYSFluent17．0计算翼型所受气动力及周围流场，采用压力与速度耦合的方法求解N－S流动控制方程．基于涡粘性假设，采用SSTk－ω湍流模型求解湍流附加应力．图3为计算域结构与边界条件．计算域包含两部分:内部近场区与外部远场区．内部区域为半径c的圆，远场边界同样为圆形，距翼型30倍弦长．选择雷诺数为3×105，对应来流速度为17．5m/s，介质为不可压缩空气，边界条件分别为速度入口、压力出口，出口相对压力为0Pa、翼型表面为无滑移壁面、内部流场和外流场通过Interface进行数据传递．采用基于压力的隐式耦合求解器、Coupled算法，各物理量选择二阶离散．!!""#$!#"#$"%&’()*+,*-’&+./&00/&(1+’&+图3计算域及边界条件Fig．3Computationaldomainandboundaryconditions图4为计算域网格．远场区为结构网格，近场?
锬Ｐ?Fig．1Physicalmodel以NACA0018翼型为基础翼型，弦长C=0．25m，在距翼型前缘点d/c倍弦长处的吸力面布置长为l/c倍弦长的固定仿生翅片翼，如图2所示．其中仿生翅片翼抬起角度θ．!"#$%#$$图2仿生翅片翼计算模型Fig．2Amodelofbionicfin-wingcalculation1．2计算方法采用计算流体力学软件ANASYSFluent17．0计算翼型所受气动力及周围流场，采用压力与速度耦合的方法求解N－S流动控制方程．基于涡粘性假设，采用SSTk－ω湍流模型求解湍流附加应力．图3为计算域结构与边界条件．计算域包含两部分:内部近场区与外部远场区．内部区域为半径c的圆，远场边界同样为圆形，距翼型30倍弦长．选择雷诺数为3×105，对应来流速度为17．5m/s，介质为不可压缩空气，边界条件分别为速度入口、压力出口，出口相对压力为0Pa、翼型表面为无滑移壁面、内部流场和外流场通过Interface进行数据传递．采用基于压力的隐式耦合求解器、Coupled算法，各物理量选择二阶离散．!!""#$!#"#$"%&’()*+,*-’&+./&00/&(1+’&+图3计算域及边界条件Fig．3Computationaldomainandboundaryconditions图4为计算域网格．远场区为结构网格，近场区为非结构网格．所有流体域全部采用ICEM划分的结构化网格．整体流域的网格数约120000，为便于湍流模型捕捉边界层流动，翼型表面第一层网格高度设为0．00001m，对应y+值约为1．(a)外流域网格(b)翼型周围网格(c)翅片翼周围网格图4计算域网格Fig．4Themeshincomputationaldomain2适应性验证2．1网格无关
【参考文献】：
期刊论文
[1]鲨鱼盾鳞肋条结构的减阻仿生研究进展[J]. 刘博,姜鹏,李旭朝,桂泰江,田黎,秦松. 材料导报. 2008(07)
博士论文
[1]长耳鸮翅膀气动与声学特性及其仿生应用研究[D]. 廖庚华.吉林大学 2013
硕士论文
[1]锯齿尾缘叶片空气动力特性的数值模拟研究[D]. 张学迅.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013
本文编号：3429411
【文章来源】：哈尔滨工业大学学报. 2019,51(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
实物模型Fig．1Physicalmodel
膀对流动分离的控制，建立翅片翼模型，改变结构参数并进行气动特性分析．1翼型模型及数值计算1．1仿生翅片翼型模型建立在自然界中鸟类飞行时，在遇到俯冲或是阵风等不同况导致翅膀表面的流体发生分离时，表面小的覆羽张开以应对流动分离的发展及恶劣影响．基于此，本文设计出应用于风力机的一种仿生翅片翼，如图1所示．图1实物模型Fig．1Physicalmodel以NACA0018翼型为基础翼型，弦长C=0．25m，在距翼型前缘点d/c倍弦长处的吸力面布置长为l/c倍弦长的固定仿生翅片翼，如图2所示．其中仿生翅片翼抬起角度θ．!"#$%#$$图2仿生翅片翼计算模型Fig．2Amodelofbionicfin-wingcalculation1．2计算方法采用计算流体力学软件ANASYSFluent17．0计算翼型所受气动力及周围流场，采用压力与速度耦合的方法求解N－S流动控制方程．基于涡粘性假设，采用SSTk－ω湍流模型求解湍流附加应力．图3为计算域结构与边界条件．计算域包含两部分:内部近场区与外部远场区．内部区域为半径c的圆，远场边界同样为圆形，距翼型30倍弦长．选择雷诺数为3×105，对应来流速度为17．5m/s，介质为不可压缩空气，边界条件分别为速度入口、压力出口，出口相对压力为0Pa、翼型表面为无滑移壁面、内部流场和外流场通过Interface进行数据传递．采用基于压力的隐式耦合求解器、Coupled算法，各物理量选择二阶离散．!!""#$!#"#$"%&’()*+,*-’&+./&00/&(1+’&+图3计算域及边界条件Fig．3Computationaldomainandboundaryconditions图4为计算域网格．远场区为结构网格，近场?
锬Ｐ?Fig．1Physicalmodel以NACA0018翼型为基础翼型，弦长C=0．25m，在距翼型前缘点d/c倍弦长处的吸力面布置长为l/c倍弦长的固定仿生翅片翼，如图2所示．其中仿生翅片翼抬起角度θ．!"#$%#$$图2仿生翅片翼计算模型Fig．2Amodelofbionicfin-wingcalculation1．2计算方法采用计算流体力学软件ANASYSFluent17．0计算翼型所受气动力及周围流场，采用压力与速度耦合的方法求解N－S流动控制方程．基于涡粘性假设，采用SSTk－ω湍流模型求解湍流附加应力．图3为计算域结构与边界条件．计算域包含两部分:内部近场区与外部远场区．内部区域为半径c的圆，远场边界同样为圆形，距翼型30倍弦长．选择雷诺数为3×105，对应来流速度为17．5m/s，介质为不可压缩空气，边界条件分别为速度入口、压力出口，出口相对压力为0Pa、翼型表面为无滑移壁面、内部流场和外流场通过Interface进行数据传递．采用基于压力的隐式耦合求解器、Coupled算法，各物理量选择二阶离散．!!""#$!#"#$"%&’()*+,*-’&+./&00/&(1+’&+图3计算域及边界条件Fig．3Computationaldomainandboundaryconditions图4为计算域网格．远场区为结构网格，近场区为非结构网格．所有流体域全部采用ICEM划分的结构化网格．整体流域的网格数约120000，为便于湍流模型捕捉边界层流动，翼型表面第一层网格高度设为0．00001m，对应y+值约为1．(a)外流域网格(b)翼型周围网格(c)翅片翼周围网格图4计算域网格Fig．4Themeshincomputationaldomain2适应性验证2．1网格无关
【参考文献】：
期刊论文
[1]鲨鱼盾鳞肋条结构的减阻仿生研究进展[J]. 刘博,姜鹏,李旭朝,桂泰江,田黎,秦松. 材料导报. 2008(07)
博士论文
[1]长耳鸮翅膀气动与声学特性及其仿生应用研究[D]. 廖庚华.吉林大学 2013
硕士论文
[1]锯齿尾缘叶片空气动力特性的数值模拟研究[D]. 张学迅.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013
本文编号：3429411
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