凹凸前缘叶片气动性能与绕流流场数值研究
发布时间：2021-11-15 13:21
以NACA0018翼型为原始模型进行前缘结构设计,采用计算流体动力学（CFD）方法分析凹凸前缘结构参数对叶片绕流流动及气动性能的影响。结果表明:在0°～10°攻角范围内,凹凸前缘叶片气动性能与原始叶片基本一致,但在15°～25°攻角范围内,正弦波形凹凸前缘叶片升力系数最大提升20.2%;叠加波形凹凸前缘叶片在15°～25°攻角内,气动性能均有不同程度的下降,波峰处推迟分离,而在波谷分离提前,在吸力面每个波谷顺流方向叶片及展向形成反向涡对,相互卷吸并与主流掺混增加能量交换向尾缘处移动,改变了叶片原始流场反馈回路,阻碍了叶片展向涡及流向涡的发展。
【文章来源】：热能动力工程. 2019,34(04)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
数值计算区域结构尺寸Fig．2Dimensionofnumericalcalculationregion
kg/m3;t—时间，s;xi、xj—x、y方向，j=1、2;G槇k—平均速度梯度湍动能;Gω—耗散率ω相关项;Γk、Γω—k、ω的扩散率;Yk、Yω—k、ω的湍流耗散项;Sk、Sω—源项;Dω—正交扩散项。1．3网格验证选择六面体结构化网格，拓扑结构采用结构如图2所示，由A和B2个域组成，A域为叶片边界层和尾流区域，B域外部势流区域。图2数值计算区域结构尺寸Fig．2Dimensionofnumericalcalculationregion图3为A域内叶片表面网格及“O”型网格示意图，经过Y+计算，近壁面第一层网格高度为0．01mm，满足Y+≤1的要求，增长率为1．05。图3凹凸前缘叶片网格Fig．3Gridsofthewavyleadingedgeairfoil为验证仿真的准确性，建立与文献［11］实验模型一致的仿真模型进行网格验证，选择k－ωSST两方程湍流模型进行网格验证，叶片表面静压分布如图4所示，从图中可以看出，计算结果与实验值吻合很好，静压分布大体一致，但在吸力面20%～30%内，仿真值高于实验值，而在压力面60%～100%内，仿真值低于实验值，从表2中可以看出，随着网格数量的增加分离点的位置先增大后减小并趋于稳定，升阻比呈现一直增大逐渐趋于稳定。故可以确定网格数量在500万～700万范围内，可忽略网格数量对数值计算结果的影响。表2网格无关性参数比较Tab．2Parametercomparisonofmeshindependence网格数量/105分离点X/C升阻比最大Y+Ⅰ740．88610．63911．9Ⅱ1950．90713．7262．82Ⅲ3360．90713．9772．83Ⅳ4940．90314．6341．00Ⅴ7010．914．5811．001
热能动力工程2019年型计算仿真值与实验值在前缘处吻合较好，而且整体静压基本吻合，ＲNGk－ε和S－A湍流模型仿真值与实验值在前缘处偏差较大，因此本文选择SSTk－ω两方程湍流模型作为定常计算模型，此湍流模型能较好地捕捉更多的流动分离现象，而对转捩捕捉不够精准，但可以用于模拟叶片绕流流动［12－13］。图4不同网格数量叶片表面静压分布Fig．4Staticpressurecoefficientdistributionontheairfoilsurfacewithdifferentgrids图5不同湍流模型叶片表面静压分布Fig．5Staticpressurecoefficientdistributionontheairfoilsurfacewithdifferentturbulencemodels2计算结果分析2．1凹凸前缘结构对叶片气动性能的影响攻角在0°～25°范围内，凹凸前缘叶片与原始叶片气动性能对比如图6所示。0°～10°攻角内，凹凸前缘叶片的升阻力系数与原始叶片(模型A)基本一致，而15°～25°攻角范围内，升阻力系数存在明显差异。大攻角下，叶片的升力系数均开始下降，阻力系数随着攻角的增大而增大，升阻比先增大后减小。图6不同凹凸前缘结构对叶片气动性能的影响Fig．6Aerodynamicperformancewithdifferenttypesofbionicwavyleadingedgeairfoil凹凸前缘叶片与原始叶片相比，升阻比随着h/C的增大而减小，而且在10°～15°攻角内，下降最为明显，各凹凸前缘模型升阻比分别下降了8．25%、·031·
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SST-Kω湍流模型的液力缓速器仿真计算与试验验证[J]. 赖建生,马兴灶,方壮东. 机床与液压. 2017(15)
[2]锯齿尾缘叶片气动特性和绕流流场的数值研究[J]. 杨景茹,杨爱玲,陈二云,戴韧,黄月晴. 航空动力学报. 2017(04)
[3]涡流发生器对风力机翼型气动性能影响的实验研究[J]. 张惠,赵宗德,周广鑫,康顺. 太阳能学报. 2017(04)
[4]仿鲸鱼鳍翼段气动控制实验研究[J]. 王国付,张明明,徐建中. 工程热物理学报. 2013(10)
[5]不同湍流模型在轴流泵叶顶泄漏涡模拟中的应用与验证[J]. 张德胜,吴苏青,施卫东,潘大志,姚捷,张光建. 农业工程学报. 2013(13)
博士论文
[1]薄翼型叶片仿生流动控制降噪及其应用研究[D]. 王晶.吉林大学 2017
本文编号：3496861
【文章来源】：热能动力工程. 2019,34(04)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
数值计算区域结构尺寸Fig．2Dimensionofnumericalcalculationregion
kg/m3;t—时间，s;xi、xj—x、y方向，j=1、2;G槇k—平均速度梯度湍动能;Gω—耗散率ω相关项;Γk、Γω—k、ω的扩散率;Yk、Yω—k、ω的湍流耗散项;Sk、Sω—源项;Dω—正交扩散项。1．3网格验证选择六面体结构化网格，拓扑结构采用结构如图2所示，由A和B2个域组成，A域为叶片边界层和尾流区域，B域外部势流区域。图2数值计算区域结构尺寸Fig．2Dimensionofnumericalcalculationregion图3为A域内叶片表面网格及“O”型网格示意图，经过Y+计算，近壁面第一层网格高度为0．01mm，满足Y+≤1的要求，增长率为1．05。图3凹凸前缘叶片网格Fig．3Gridsofthewavyleadingedgeairfoil为验证仿真的准确性，建立与文献［11］实验模型一致的仿真模型进行网格验证，选择k－ωSST两方程湍流模型进行网格验证，叶片表面静压分布如图4所示，从图中可以看出，计算结果与实验值吻合很好，静压分布大体一致，但在吸力面20%～30%内，仿真值高于实验值，而在压力面60%～100%内，仿真值低于实验值，从表2中可以看出，随着网格数量的增加分离点的位置先增大后减小并趋于稳定，升阻比呈现一直增大逐渐趋于稳定。故可以确定网格数量在500万～700万范围内，可忽略网格数量对数值计算结果的影响。表2网格无关性参数比较Tab．2Parametercomparisonofmeshindependence网格数量/105分离点X/C升阻比最大Y+Ⅰ740．88610．63911．9Ⅱ1950．90713．7262．82Ⅲ3360．90713．9772．83Ⅳ4940．90314．6341．00Ⅴ7010．914．5811．001
热能动力工程2019年型计算仿真值与实验值在前缘处吻合较好，而且整体静压基本吻合，ＲNGk－ε和S－A湍流模型仿真值与实验值在前缘处偏差较大，因此本文选择SSTk－ω两方程湍流模型作为定常计算模型，此湍流模型能较好地捕捉更多的流动分离现象，而对转捩捕捉不够精准，但可以用于模拟叶片绕流流动［12－13］。图4不同网格数量叶片表面静压分布Fig．4Staticpressurecoefficientdistributionontheairfoilsurfacewithdifferentgrids图5不同湍流模型叶片表面静压分布Fig．5Staticpressurecoefficientdistributionontheairfoilsurfacewithdifferentturbulencemodels2计算结果分析2．1凹凸前缘结构对叶片气动性能的影响攻角在0°～25°范围内，凹凸前缘叶片与原始叶片气动性能对比如图6所示。0°～10°攻角内，凹凸前缘叶片的升阻力系数与原始叶片(模型A)基本一致，而15°～25°攻角范围内，升阻力系数存在明显差异。大攻角下，叶片的升力系数均开始下降，阻力系数随着攻角的增大而增大，升阻比先增大后减小。图6不同凹凸前缘结构对叶片气动性能的影响Fig．6Aerodynamicperformancewithdifferenttypesofbionicwavyleadingedgeairfoil凹凸前缘叶片与原始叶片相比，升阻比随着h/C的增大而减小，而且在10°～15°攻角内，下降最为明显，各凹凸前缘模型升阻比分别下降了8．25%、·031·
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SST-Kω湍流模型的液力缓速器仿真计算与试验验证[J]. 赖建生,马兴灶,方壮东. 机床与液压. 2017(15)
[2]锯齿尾缘叶片气动特性和绕流流场的数值研究[J]. 杨景茹,杨爱玲,陈二云,戴韧,黄月晴. 航空动力学报. 2017(04)
[3]涡流发生器对风力机翼型气动性能影响的实验研究[J]. 张惠,赵宗德,周广鑫,康顺. 太阳能学报. 2017(04)
[4]仿鲸鱼鳍翼段气动控制实验研究[J]. 王国付,张明明,徐建中. 工程热物理学报. 2013(10)
[5]不同湍流模型在轴流泵叶顶泄漏涡模拟中的应用与验证[J]. 张德胜,吴苏青,施卫东,潘大志,姚捷,张光建. 农业工程学报. 2013(13)
博士论文
[1]薄翼型叶片仿生流动控制降噪及其应用研究[D]. 王晶.吉林大学 2017
本文编号：3496861
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3496861.html
