振荡射流提高风力机叶型升力的PIV实验

本实验在风力机叶片叶型表面头部加入平均质量流量为零的一定频率的振荡射流。PIV(Particle Image Ve- locimetry)实验手段显示出叶片上表面速度场。通过对加入振荡射流前后速度场和涡量场的观察与比较,可以发现在振荡射流的作用下,叶片上表面尾端的流动分离发生了再附,转捩点向后推移。通过比较还可以发现在加入特定的频率和强度的振荡射流之下,该效果更加明显。该实验不仅可以证明振荡射流可以提高叶片升力,而且显示了不同频率的射流对流动的影响。     

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。     

离体射流的位置对翼型气动特性的影响

为了改善风力机叶片流动分离现象,本文在雷诺数为1×106、来流攻角21°时研究了离体射流微小圆柱的分布位置对NACA0018翼型气动性能的影响.首先分别在翼型前缘前和上表面附近,研究离体射流微小圆柱的射流动量对翼型气动性能的影响,发现两种位置下翼型的气动性能都有所改善,其中上表面附近控制时效果更好;接着研究控制装置在上...     

劈缝射流尾迹特征的实验研究

本文以简化透平叶片模型为对象,采用热线风速仪和粒子图像测速技术研究了尾缘劈缝射流尾迹结构,结合本征正交分解方法分析了不同射流速度比对尾迹时均特性、脉动特性以及旋涡运动特性的影响规律。结果表明:低动量射流时下板上表面流体分离,该侧剪切层在尾迹中振荡,影响旋涡配对和输运机制,模态中出现特殊带状结构;随射流速比增大,最大尺度旋涡强度增大,促进射流与主流剪切掺混,尾迹速度亏损更快被弥补,高阶频率脉动结构减少,动能损失小,因此在劈缝射流中应避免采用低动量射流。     

定常吸气改善叶型气动性能的数值研究

提高叶型升力,扩大其稳定工作范围一直是叶轮机械领域关心的问题。本文针对采用定常吸气方法减缓低马赫数流动分离,改善叶型气动特性的问题,在NACA0015叶型上进行了多种工况的数值模拟。结果表明:在叶型头部吸力面分离点附近施加定常吸气,可以提高叶型升力,降低阻力,推迟失速2°左右。存在着最佳的定常吸气动量范围和吸气位置,使得其改善叶型性能的效果最大。文中还给出了定常吸气动量和施加位置等参数对叶型气动性能的一些影响规律。     

叶顶端翼提升主动襟翼叶型气动性能的数值研究

本文在振荡来流条件下,数值模拟叶顶端翼对加装主动Gurney襟翼的垂直轴风力机叶片非定常气动特性的影响。采用NACA0015翼型的直叶片,并在尾缘前6%弦长位置安装主动襟翼。在最大出力工况(折合频率为0.1)下,对比原型叶片,加装主动襟翼叶片的切向力系数提高了4.47%,安装有叶顶端翼的主动襟翼叶片的切向力系数提高21.18%。通过比较叶片端部涡结构分布,发现叶顶端翼不仅阻止了叶片压力面及吸力面的叶梢涡分支在尾缘处汇合,同时也隔断了主动襟翼产生的角涡与叶梢涡的融合,有效的降低了叶片端部损失,提升了风力机的整体性能。     

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装置后,即使关闭射流(射流动量为零时),也具有一定的流动分离控制效果;当射流动量逐渐增大时,射流能明显的减小流动分离泡的大小,降低阻力系数,同时可以有效提升升力系数,使得翼型的气动性能得到进一步显著提升。值得指出的是,射流口宽度与射流装置的位置对流动控制效果也具有一定的影响。     

焠熄孔排布对RQL燃烧室流场影响的PIV实验研究

针对三头部直列式RQL(富油/焠熄/贫油)模型燃烧室,利用PIV激光可视化技术,分析了三种不同焠熄孔布置形式对燃烧室内冷态流场的影响。实验结果表明:随着动量通量比增大,焠熄孔中心截面射流深度逐渐增大,并在焠熄孔上游形成旋涡结构,且旋涡中心逐渐向上游移动;不同焠熄结构在同一截面回流区形状受横向射流推挤的影响而存在差异,焠熄孔下游2D位置轴向速度大小及沿竖直方向分布受焠熄结构的影响不同。     

超声速气流中液体横向射流的非定常特性与振荡边界模型

针对液体圆柱射流垂直喷入超声速横向气流中的非定常分布特性开展实验研究, 并建立穿透深度方向上的射流振荡分布模型. 利用脉冲激光背景成像方法“冻结”拍摄马赫2.1(Ma=2.1)气流中煤油射流/喷雾瞬态图像, 结合最大类间方差法(Otsu)和Canny算法提取瞬态图像特征, 基于统计方法并引入间歇因子(γ)定量描述射流振荡分布特性; 通过研究多参数协同作用下的射流振荡分布规律, 提出振荡分布数学模型, 研究的参数变量包括超声速来流总压(642-1010 kPa)、 液体喷注压降(0.36-4.61 MPa)、液体喷嘴流道直径 (0.48 mm/1.0 mm/1.25 mm/1.52 mm)、距离喷嘴的流向距离(10-125 mm)以及液气动量通量比(0.11-7.49). 研究中利用射流振荡分布模型成功预测出水射流在Ma=2.1气流中的的振荡分布, 预测分布与实验结果符合良好.     

小翼对风力机叶片表面压力分布的影响

在风力机叶片的叶尖上添置小翼,寻求动力放大机理,是非常重要的。本文利用CFD方法,对叶片表面及其附近的压力分布进行了数值模拟。通过对比风力机加V(8．8×8)型小翼和不加小翼时叶片的不同径向和弦向位置的压力变化,结合一定位置的等压截面图等分析,看出添置小翼扩大了叶片正负压力面的压差,找出最有影响的位置区域,为进一步揭示叶尖小翼对风力机动力放大的机理起到积极作用。     

YLSG 107高升力翼型主动流动控制的数值模拟

数值模拟零质量射流与YLSG 107翼型绕流的干扰流场,探讨零质量射流在高升力翼型失速控制中的控制效果、控制特性及控制机理.数值模拟以积分形式雷诺平均Navier-Stokes(N-S)方程为控制方程,采用格心有限体积法进行求解.通过在喷口上施加非定常边界吹/吸边界条件模拟射流对翼型绕流的干扰.采用与风洞实验相同的来流状态和控制参数进行数值模拟,得到与实验相吻合的结果.为进一步研究控制特性和控制规律、提出改进的实验方案,研究不同动量系数、不同射流偏角对控制效果的影响,并对法向射流和近切向射流进行较深入的比较.研究表明,先前的风洞实验对应的射流动量系数(0.000 014)偏小是控制效果不显著的重要原因之一,必须达到0.001以上才有明显控制效果(射流动量系数为0.005时可使该翼型失速迎角增大2°,最大升力提高8.7%);近切向射流在失速控制方面明显优于法向射流.     

风力机叶片21%相对厚度翼型粗糙敏感性研究

基于变速变桨水平轴风力机,依据动量叶素理论和风力机实例,分析得出了叶片外侧翼型(包括21%相对厚度翼型)在低于额定风速变速运行阶段的粗糙敏感性评价指标为升力系数和升阻比的下降率;提出了根据升、阻力系数对输出功率的作用大小来确定两粗糙敏感性评价指标权重系数的方法,并用实例演示了21%相对厚度翼型粗糙敏感性评判基准的获得;另外,通过正交设计、XFOIL软件几何造型与气动计算和方差分析得出了翼型各几何参数在不同雷诺数下对粗糙敏感性不同评价指标的影响程度和最优组合是不一样的。本文结论可为不同风况下风力机翼型的设计和粗糙敏感性评价提供参考。     

随机粗糙度对风力机翼型气动性能影响

建立人工神经网络、径向基函数网络和支持向量回归机三种近似模型,结合蒙特卡洛方法与表征粗糙度参数随机特性的概率模型对风力机翼型气动性能进行不确定性分析。结果表明,支持向量回归机具有最佳预测精度。对于风力机翼型FX 63-137,最大升力系数对吸力面前缘粗糙度的敏感性明显高于压力面;对于吸力面或压力面,前缘粗糙带厚度对最大升力系数的影响稍大于其覆盖长度的影响。研究工作为风力机翼型的鲁棒性设计优化奠定了理论基础。     

电动水上飞机低噪声螺旋桨翼型优化

为降低翼型的气动噪声,以某型电动水上飞机螺旋桨所使用的RAF-6翼型为研究对象,首先通过CFD/FW-H方法计算得到翼型的升、阻力系数以及气动噪声;其次使用型函数线性叠加描述翼型的几何形状;进而,为使翼型获得设计状态下较好的声学与气动性能,由翼型的气动噪声与升阻比构成优化目标,以型函数系数为变量,以保证翼型升、阻力系数变化不超过10%为约束,使用引入响应面模型的遗传算法对翼型进行降噪优化。通过优化翼型与基准翼型的对比可知,设计状态的优化翼型气动噪声声压级降低了2.17 dB,升阻比提高1.12%,且优化翼型在小攻角状态下具有较为优异的声学与气动性能。优化结果表明,该优化方法具有一定应用价值,可为螺旋桨噪声控制研究提供参考。     

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...     

Response of force behaviors of a spherical particle to an oscillating flow

Combined multi-direct forcing technique and the immersed boundary method is applied to investigate the response of force behaviors of a fixed spherical particle to an oscillating flow. The influences of the inlet oscillating flow at a mean Reynolds number of 300 with six different oscillating frequencies and three oscillating amplitudes are investigated. Three different zones with different behaviors are identified and the specific behaviors of the drag and the lift coefficients are analyzed. The averaged drag coefficient and the maximum lift force exerted on the particle increase with the increment of the oscillating Reynolds number or the oscillating amplitude. When the frequency of the inlet flow is equal to the natural vortex shedding frequency, the average drag coefficient reaches the maximum value. A linear relation between the gradient of the maximum lift coefficient and the frequency as well as the amplitude of the inlet oscillating flow is observed in certain regime.     

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．