振荡射流改善翼型气动性能的实验研究

本文针对采用振荡射流控制流动分离改善大攻角下翼型气动特性的问题,在NACA0015翼型上进行了多种工况的风洞实验。结果表明:在失速攻角附近,振荡射流抑制流动分离提高翼型升力系数的作用十分明显,可将翼型失速攻角推迟2°左右。存在最佳的振荡射流频率段、射流动量范围和射流位置,使得翼型性能的改善最大。实验还得到了振荡射流的频率、动量和施加位置等参数对翼型气动性能的影响规律。     

环量控制翼型动态失速特性研究

本文用数值求解二维可压非定常Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程的方法研究了环量控制翼型的动态失速特性．揭示了环量控制翼型在以不同吹气动量系数、不同频率做俯仰振荡时的动态失速特征．指出吹气动量系数对环量控制翼型动态失速的特性有很大影响,同时,振荡频率的影响与传统翼型相比也有不同．进一步分析了其失速的机理．     

波状前缘对风力机翼型失速性能影响数值分析

为研究仿生波状前缘对翼型失速性能的影响,本文采用S-A湍流模型,对风力机翼型NACA634-021(光滑前缘)以及对应的正弦波状前缘仿生翼型的绕流流场进行了数值模拟。结果表明,光滑翼型在20°攻角附近发生深度失速,升力系数骤然下降;而波状前缘仿生翼型有效改善了失速特性,升力系数变化较平稳,在大攻角下高于光滑翼型。通过流场分析发现光滑翼型失速前后升力系数骤然下降的主要原因在于前缘压力面和吸力面的压差大幅度下降,而仿生翼型改变了前缘的压力分布特性,进而改变了大攻角下的分离特性,促进流向涡对的产生和发展,使得凸峰附近保持附着流动,进而提高升力。     

用DES数值模拟分离绕流中的旋涡运动

脱体涡模拟(Detached-Eddy Simulation,DES)是近年来出现的一种结合雷诺平均方法和大涡数值模拟两者优点的湍流模拟方法.采用基于Spalart-Allmaras方程模型的DES方法,数值求解Navier-Stokes方程,模拟绕流发生分离后的旋涡运动.其中空间区域离散采用有限体积法,方程空间项和时间项的数值离散分别采用Jameson中心格式和双时间步长推进方法.通过模拟圆柱绕流以及翼型失速绕流,观察到了与物理现象一致的旋涡结构,得到与实验数据相吻合的计算结果.     

振荡射流提高翼型升力的机理研究

本文数值模拟了施加振荡射流以及相应定常吸气条件下的翼型分离流动。对振荡射流改善翼型升力的机理进行了研究。结果表明,翼型表面施加的振荡射流能够控制流动分离的形态,提高分离区流体的湍流度,增强分离区内部流体,以及与主流的动量和能量交换,增强近壁区流体的动能,降低翼型吸力面压力,而对压力面无显著影响,因而翼型的升力得到提高。     

离体射流参数对翼型气动性能的影响

为了提高翼型的气动性能,在NACA0018前缘前设置离体射流来控制流场。采用数值模拟方法研究不同射流圆柱直径、射流口长度、射流装置距表面距离和射流动量时的离体射流对翼型控制效果的影响。计算结果表明引入不同方案的离体射流均可不同程度地提升翼型的气动性能,主要体现在升力系数的提升上,而对阻力系数的控制能力较弱。通过变攻角性能分析发现离体射流能在多攻角下保持良好的控制能力。流场显示射流使翼型前缘产生负压区并消除翼型上表面的分离泡。     

基于简易风洞的薄翼模型升力测量实验

为加深学生对薄翼型升力理论相关知识的理解,使抽象的理论直观化,我们设计了低速简易风洞测量薄翼模型升力系数的实验:利用简单的弹簧测力装置测量不同迎角下翼型的升力系数。实验数据表明,给定薄翼模型的升力系数与来流速度无明显关系、和迎角近似线性。多次实验结果表明,该简易风洞实验可用于半定量验证薄翼型升力理论,也可用于研究其他自制翼型的升力系数。     

激波/边界层干扰对等离子体合成射流的响应特性

利用高速纹影系统和数值模拟方法研究了激波/边界层干扰对逆流喷射的等离子体合成射流的响应特性,并揭示了流动控制机理.实验在来流马赫数Ma=3.1的风洞中进行,测试模型采用钝头体和压缩斜坡的组合模型,等离子体合成射流激励器安装在钝头体头部.纹影系统捕捉了放电频率为f=1 kHz和f=3 kHz的激励对附体激波形态和分离激波运动的控制效果.等离子体合成射流使压缩斜坡激波/边界层干扰区域的起始点向下游移动,分离泡尺寸减小,附体激波强度减弱,发生弯曲,再附点移向上游,与此同时分离激波向附体激波逼近.与f=3 kHz激励相比,f=1 kHz激励的射流流量更大,对激波/边界层干扰的影响范围更广、控制效果更好.通过数值模拟,揭示了射流与来流相互作用对下游流场的作用机理:射流与来流相互作用诱导出大尺度旋涡,大尺度旋涡耗散发展增强了近壁面流场的湍流度;压缩斜坡上游近壁面的流场性质发生变化,进而导致了压缩斜坡激波/边界层干扰区域流动的变化.     

基于等离子体环量控制的翼型气动特性

为了研究等离子体环量控制对翼型的影响特性,采用基于唯象学的等离子体气动激励数学模型和二维雷诺平均N-S方程,选取NCCR 1510-7067N环量控制翼型,数值模拟后缘半径对升力和效费比的影响规律,并进行优化。设计最佳后缘半径模型进行低速风洞实验,获得迎角-4~12,速度6,10,15 m/s下的压力分布和升力特性。研究表明:后缘半径过大或过小都不利于Coanda效应的产生,确定最佳后缘半径与弦长的比值为0.048,效费比97.69。低雷诺数下,随着迎角的增加,出现了层流长泡分离和短泡分离,等离子体射流不仅改善了尾部流场,还通过环量增加抑制层流分离,提高了升力。     

基于AC-DBD等离子体激励的NACA0012翼型动态失速控制

以NACA0012翼型为研究对象,采用动态测压及PIV测量技术,研究了AC-DBD等离子体激励器对翼型俯仰及耦合运动动态失速的控制作用和机理.研究表明,等离子体激励能够显著推迟失速迎角,抑制失速后的升力系数陡降,提前流动再附和升力系数回升,减小升力及俯仰力矩系数曲线迟滞环面积,改善翼型气动特性.研究了不同运动参数及激励...     

风力机翼型在失速工况下非定常流场的本征正交分解分析

风力机气动性能受静态失速与动态失速影响很大,对风力机翼型的失速问题研究具有重要意义.本文通过计算流体力学方法得到的风力机翼型在固定大攻角工况,以及大攻角震荡工况下的非定常流场,来研究翼型静态失速与动态失速.采用本征正交分解方法(POD),对非定常流场降阶,得到流场的POD模态以及对应的系数.POD模态结果表明在静态失速...     

Numerical and experimental study of high-lift configurations

Flow of two high-lift devices is studied on the basis of the solution to two-dimensional Reynolds equations with the Spalart — Allmaras one-equation turbulence model. Computation results are compared with the experiment under the conditions of airfoil flow in the low-speed wind tunnel with open test section. It is shown that such approach is the most correct for this comparison.     

离体射流对S809翼型气动性能的影响

在Re=5×106的条件下,分别在S809翼型前缘点附近不同位置处设置离体射流装置,改变射流动量的大小和射流口宽度,探究其对S809翼型气动性能的影响.并通过流场分析,研究这种流动控制手段有效的物理机理.结果表明:在射流装置位置和射流口宽度固定时,射流动量的大小对控制效果影响显著;在S809翼型表面附近设置微小离体射流...     

提高水平轴风力机叶型升力的实验研究

本文针对某水平轴风力机叶片不同叶高分布的两种叶型,在头部不同位置加入不同频率和动量的振荡射流进行对比实验研究,得到不同情况下叶型的表面压力分布。发现在叶片吸力面头部某些位置加入一定频率和动量段范围内的振荡射流,可以有效的提高叶型的升力系数,达到改善风力机叶型气动性能的目的,为风力机叶片的流动控制技术提供了一种有效的方案。     

风力机翼型气弹响应的风洞模拟实验研究

非定常气弹设计是叶片大型化设计的瓶颈技术,开展叶片气弹响应实验研究具有重要的科学意义和较高的挑战性.本文提出一种气弹相似准则,搭建了模拟三维叶片弯扭耦合气弹响应的翼型俯仰沉浮二自由度风洞气弹实验平台,分析了安攻角和结构刚度对气弹稳定性和振荡形态的影响规律.研究发现了4类不同的气弹响应类型,增大刚度和安装角可以在一定程度...     

低速压气机叶栅附面层分离的实验研究

本文利用表面热膜对某高负荷压气机叶片吸力面附面层的分离过程进行了实验研究,捕捉到了边界层分离点的位置及其随攻角的变化情况,给出了利用表面热膜测量的准壁面剪切应力米预判分离先兆和分离点位置的判据.同时,分析了 Re数对附面层分离特性的影响.结果表明:准壁面剪切应力及其均方根极小值对应的位置点是进入分离泡内的第一个测量点;在所有测量的工况条件下,表面热膜都捕捉到了吸力面附面层的长分离泡,并能准确捕捉到攻角所引起的分离点位置变化;低Re数下,Re数对附面层分离影响较小.     

Investigation of the benefits of unsteady blowing actuation on a 2D wind turbine blade

This paper investigates the benefit of unsteady blowing actuation over a two-dimensional (2D) airfoil specially designed for wind turbine applications. The experiments were carried out in Syracuse University’s anechoic wind tunnel, both with and without large-scale unsteadiness in the free stream generated by a 2D cylinder upstream of the airfoil. By analyzing both surface pressure through wavelet analysis and Particle Image Velocimetry (PIV) velocity field measurements, we found a drastic change in the flow physics and the aerodynamic loading on the airfoil between steady and unsteady free-stream conditions. When there was no large-scale unsteadiness introduced in the flow, under open-loop flow control conditions with unsteady blowing, the leading-edge separation was delayed and the maximum lift coefficient was increased. For the cases where large-scale unsteadiness was introduced into the flow, the experiments showed that both open-loop and closed-loop control cases were capable of reducing load fluctuations by a measurable amount. However, only the closed-loop control case that utilized dynamic surface pressure information from the airfoil suction side near the leading edge was capable of consistently mitigating the fluctuating load.     

基于雷诺应力模型的高精度分离涡模拟方法

基于Speziale-Sarkar-Gatski/Launder-Reece-Rodi(SSG/LRR)-ω雷诺应力模型发展了一类分离涡模拟方法,结合高精度加权紧致非线性格式在典型翼型及三角翼算例中进行了验证,并和传统基于线性涡粘模型的分离涡模拟方法进行了对比.结果表明:基于SSG/LRR-ω模型的分离涡模拟方法,提高了原雷诺应力模型对非定常分离湍流的模拟能力;同时相比于传统基于线性涡粘模型的分离涡模拟方法,尤其是在翼型最大升力迎角和三角翼涡破裂迎角附近,该方法在平均气动力预测的准确度、分离湍流模拟的精细度等方面更加优秀.     

Aerodynamic and energy-efficiency-based assessment of plasma actuator's position on a NACA0015 airfoil

In recent years, there has been an increase in the number of research papers on plasma and its use in active flow control applications. The main objective of this study is to assess the plasma actuator's position on a NACA0015 airfoil in terms of aerodynamic forces. In addition, optimization of the plasma actuator's position and its configuration are studied in order to identify the optimum configuration for improvement in lift coefficient. The experiments are conducted in an open-suction-type wind tunnel at Reynolds numbers of 48,000, 75,000, and 100,000. The plasma actuators are mounted on various positions (x/C) starting from the leading edge to trailing edge of the airfoil. The experimental results on aerodynamic force measurement are presented to illustrate the increasing lift effect of the generated plasma. It is also shown that the plasma actuators used as an active flow control device appears to shift the stall angle of the airfoil. The results of the experimental study suggest that the energy efficiency of airborne systems can be improved with the use of plasma actuators due to its increasing lift coefficient effect. This result becomes a vital finding considering that the same flight can be achieved with less fuel and less amount of environmental pollution for the same distance of journey. It is also worth mentioning that increasing lift effect would mean taking off from a shorter runway or allowing the airborne vehicle with the ability to fly with additional payload.