风力机翼型动态失速等离子体流动控制数值研究

发布时间：2022-01-14 01:55

　　针对动态失速引起的风力机翼型气动性能恶化的问题,本文基于动网格和滑移网格技术,开展了大涡模拟数值计算研究,探索了非定常脉冲等离子体的动态流动控制机理.结果表明,等离子体气动激励能够有效控制翼型动态失速,改善平均和瞬态气动力,减小力矩负峰值和迟滞环面积.压力分布在等离子体施加范围内出现了负压"凸起",上翼面吸力峰值明显增大.脉冲频率和占空比这两个非定常控制参数对流动控制影响显著,无因次脉冲频率为1.5时等离子体控制效果较好,占空比为0.8时即可接近连续工作模式下的气动收益.翼型深失速状态,等离子体促使流动分离位置明显向后缘移动,抵抗了大尺度动态失速涡的发生,分离涡结构破碎耗散、重新附着,涡流影响范围减小;浅失速状态,等离子体激励具有较强的剪切层操纵能力,诱导了翼型边界层提前转捩,促进了与主流的动量掺混.等离子体气动激励诱导出前缘附近贴体翼面"涡簇",起到了虚拟气动外形的作用.不同尺度、频域的动态涡结构与等离子体气动激励的非线性、强耦合作用导致了气动力/力矩的谐波振荡. 

【文章来源】：力学学报. 2020,52(06)北大核心EICSCD

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

激励器结构

图2为激励器脉冲模式工作示意图,图中Tp为脉冲控制周期,Td为激励器连续开启时间,脉冲频率fp=1/Tp,占空比DR=Td/Tp,由图可知脉冲频率远小于激励器电源放电频率.本文中脉冲频率fp为25～200 Hz,占空比DR为1%～100%.将非定常控制模式无因次脉冲激励频率F+定义为其中,c为翼型弦长,U∞为来流速度.

计算网格局部如图3所示,模型为S809翼型,其弦长为0.3 m,展长为0.06 m,计算域为直径为16 m,高度0.06 m (Z向)的圆柱形计算域;X-Y面为翼型截面的平行面,Z向为模型展向.X方向为来流方向,来流上游、下游距离翼型振荡中心约为27倍弦长(8 m).计算区域整体分为旋转区域和固定区域,交界面采用滑移边界.翼型和洞壁第一层法向无量纲网格尺寸y+<1 (使用壁面函数),即壁面第一层网格高度ds=0.01 mm.翼型表面和旋转区域切向网格数为530、法向网格数为214,固定区域切向网格数为480、法向网格数为60,展向网格数为80,计算域共1060万结构性网格.远场边界采用压力远场(pressure-farfield)边界条件,端面采用对称面(symmetry)边界条件.2 结果分析


本文编号：3587575