风沙条件下颗粒对翼型流动分离的影响
发布时间：2021-12-29 07:39
运用延迟脱体涡模拟（delayed detached eddy simulation,DDES）技术对NREL S809三维翼型在洁净空气环境中和在不同直径颗粒环境下进行了数值模拟,由此预测了风沙环境下颗粒对翼型绕流分离的影响.研究结果表明:当攻角为8°时,DDES捕捉到了翼型吸力面的涡脱落现象,并且颗粒的加入显著地改变了翼型吸力面的涡脱规律,使得尾涡范围扩大、耗散更快,然而随着颗粒直径的增大,尾涡也逐渐恢复到接近洁净空气时的状态;当攻角较小（6°）时,翼型表面没有发生流动分离,颗粒的加入对流场的影响很小;当攻角较大（12°）时,颗粒对翼型绕流的影响也很小;不同攻角下颗粒对翼型升力系数有不同程度的影响.分析不同攻角下颗粒对翼型表面流动分离的影响规律表明:S809翼型绕流情况受颗粒影响最严重的攻角在7°～10°.
【文章来源】：兰州理工大学学报. 2020,46(04)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
计算域
升阻力系数数值计算结果与实验数据的比较
当攻角增大到8°时，S809翼型的吸力面会发生流动分离并在分离点后形成附着涡．由于攻角较小，虽发生了流动分离，但是流动状态比较稳定．从图3b中可以看出，8°攻角洁净空气状态下S809翼型吸力面处发生了流动分离，空气绕流过翼型形成尾涡．当颗粒直径为10μm时，对比洁净空气，尾涡范围变大，但是流动状态还是比较稳定，涡的脱落比较规律；当颗粒直径为20μm时，尾涡范围继续扩大，形成较大的分离泡．当攻角为12°时，流动分离现象更强，且流动状态极不稳定．从图3c可以看出此时流动状态已经表现出了极强的非定常性．洁净空气时，翼型吸力面发生了严重的流动分离，形成较大的尾涡，但是涡的结构还是比较稳定，在翼型尾缘后1.2倍弦长处才出现涡的破裂．随着颗粒的加入，无法形成洁净空气时饱满的涡结构，脱落过程中不断地有小涡从大涡中分离出来，当颗粒直径增大到150μm时，尾涡已经与洁净空气时较为接近．这说明大攻角时，颗粒和气相的相互作用十分复杂，没有在小攻角时的明显规律，这是因为大攻角时即使在洁净空气条件下，其流动状态已经较为复杂，并且还伴随着很强的非定常特性．图4为8°攻角、颗粒直径为20μm工况下一个涡脱周期内的涡量演变，图中T1～T4表示一个涡脱周期中均分的4个时刻．可以看出该工况时翼型周围的流动区别于其他工况，涡的脱落情况不再是其他工况下规律的脱落，体现出明显的非定常特性．这种现象在大攻角条件时比较常见，体现了颗粒与气相作用的复杂性．当颗粒直径增大到30μm时，可以看到尾涡已经开始恢复，形成了规律且稳定的涡脱过程，但尾涡的耗散仍比洁净空气时高；颗粒直径继续增大，可以看出随着颗粒直径的增大，尾涡逐渐恢复且范围逐渐缩小，当颗粒直径为150μm时，尾涡的状态已和洁净空气时无异．
【参考文献】：
期刊论文
[1]SST-DDES模型在大分离流动问题中的应用[J]. 胡偶,赵宁,沈志伟. 南京航空航天大学学报. 2017(02)
[2]基于iDDES的双三角翼大迎角非定常涡破裂特征分析[J]. 刘健,蒋永,吴金华. 工程力学. 2016(04)
[3]风沙环境对NACA-0012翼型气动性能的影响[J]. 李德顺,董麟,刘宜,李仁年,李银然,孟海建. 兰州理工大学学报. 2015(06)
[4]湍流模型封闭常数对S系列翼型CFD模拟的影响[J]. 钟伟,王同光. 太阳能学报. 2013(10)
[5]提高k-ω SST模型对翼型失速特性的模拟能力[J]. 文晓庆,柳阳威,方乐,陆利蓬. 北京航空航天大学学报. 2013(08)
[6]基于RANS-LES混合方法的翼型大迎角非定常分离流动研究[J]. 刘周,杨云军,周伟江,龚安龙. 航空学报. 2014(02)
[7]一种风力机专用翼型气动性能的三维数值模拟[J]. 杨从新,金开,王秀勇. 兰州理工大学学报. 2012(06)
[8]海上风力机的数值模拟[J]. 何平,胡丹梅,陈乃超. 可再生能源. 2010(04)
[9]气固流动大涡模拟和两相湍流模型的评价[J]. 刘阳,许春晓,周力行,胡瓅元. 清华大学学报(自然科学版). 2009(02)
本文编号：3555690
【文章来源】：兰州理工大学学报. 2020,46(04)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
计算域
升阻力系数数值计算结果与实验数据的比较
当攻角增大到8°时，S809翼型的吸力面会发生流动分离并在分离点后形成附着涡．由于攻角较小，虽发生了流动分离，但是流动状态比较稳定．从图3b中可以看出，8°攻角洁净空气状态下S809翼型吸力面处发生了流动分离，空气绕流过翼型形成尾涡．当颗粒直径为10μm时，对比洁净空气，尾涡范围变大，但是流动状态还是比较稳定，涡的脱落比较规律；当颗粒直径为20μm时，尾涡范围继续扩大，形成较大的分离泡．当攻角为12°时，流动分离现象更强，且流动状态极不稳定．从图3c可以看出此时流动状态已经表现出了极强的非定常性．洁净空气时，翼型吸力面发生了严重的流动分离，形成较大的尾涡，但是涡的结构还是比较稳定，在翼型尾缘后1.2倍弦长处才出现涡的破裂．随着颗粒的加入，无法形成洁净空气时饱满的涡结构，脱落过程中不断地有小涡从大涡中分离出来，当颗粒直径增大到150μm时，尾涡已经与洁净空气时较为接近．这说明大攻角时，颗粒和气相的相互作用十分复杂，没有在小攻角时的明显规律，这是因为大攻角时即使在洁净空气条件下，其流动状态已经较为复杂，并且还伴随着很强的非定常特性．图4为8°攻角、颗粒直径为20μm工况下一个涡脱周期内的涡量演变，图中T1～T4表示一个涡脱周期中均分的4个时刻．可以看出该工况时翼型周围的流动区别于其他工况，涡的脱落情况不再是其他工况下规律的脱落，体现出明显的非定常特性．这种现象在大攻角条件时比较常见，体现了颗粒与气相作用的复杂性．当颗粒直径增大到30μm时，可以看到尾涡已经开始恢复，形成了规律且稳定的涡脱过程，但尾涡的耗散仍比洁净空气时高；颗粒直径继续增大，可以看出随着颗粒直径的增大，尾涡逐渐恢复且范围逐渐缩小，当颗粒直径为150μm时，尾涡的状态已和洁净空气时无异．
【参考文献】：
期刊论文
[1]SST-DDES模型在大分离流动问题中的应用[J]. 胡偶,赵宁,沈志伟. 南京航空航天大学学报. 2017(02)
[2]基于iDDES的双三角翼大迎角非定常涡破裂特征分析[J]. 刘健,蒋永,吴金华. 工程力学. 2016(04)
[3]风沙环境对NACA-0012翼型气动性能的影响[J]. 李德顺,董麟,刘宜,李仁年,李银然,孟海建. 兰州理工大学学报. 2015(06)
[4]湍流模型封闭常数对S系列翼型CFD模拟的影响[J]. 钟伟,王同光. 太阳能学报. 2013(10)
[5]提高k-ω SST模型对翼型失速特性的模拟能力[J]. 文晓庆,柳阳威,方乐,陆利蓬. 北京航空航天大学学报. 2013(08)
[6]基于RANS-LES混合方法的翼型大迎角非定常分离流动研究[J]. 刘周,杨云军,周伟江,龚安龙. 航空学报. 2014(02)
[7]一种风力机专用翼型气动性能的三维数值模拟[J]. 杨从新,金开,王秀勇. 兰州理工大学学报. 2012(06)
[8]海上风力机的数值模拟[J]. 何平,胡丹梅,陈乃超. 可再生能源. 2010(04)
[9]气固流动大涡模拟和两相湍流模型的评价[J]. 刘阳,许春晓,周力行,胡瓅元. 清华大学学报(自然科学版). 2009(02)
本文编号：3555690
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