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雷诺数和湍流度综合影响下翼型气动性能试验研究

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工程力学 2023年第S01期40卷 313-318页

作者：赵宗翰贾娅娅刘庆宽吕孟浩刘念石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心河北石家庄050043

如何精确地预测风力机翼型的气动性能,是目前设计优良的风力机叶片需要解决的一个关键问题。以大型风力机专用翼型NREL S810为研究对象,采用风洞试验测压方法,分析了高、低雷诺数下,湍流度对翼型气动性能的影响特性。结果表明:随着来流... 详细信息

如何精确地预测风力机翼型的气动性能,是目前设计优良的风力机叶片需要解决的一个关键问题。以大型风力机专用翼型NREL S810为研究对象,采用风洞试验测压方法,分析了高、低雷诺数下,湍流度对翼型气动性能的影响特性。结果表明:随着来流湍流度的增大,翼型的升力系数和阻力系数均呈先增大后减小的变化趋势,当湍流度为4.6%时增加至最大,之后开始下降;当湍流度小于11%时,随着雷诺数的增加,升力系数、阻力系数均增加;当湍流度增大至11%以上后,随着雷诺数的增加,升力系数、阻力系数均减小;随着雷诺数的增加,最大升阻比先增大再减小,并且最大升阻比对应的攻角呈先前移再后移的趋势。

关键词：风力机翼型气动性能风洞试验低雷诺数湍流度

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分离式三箱梁空气动力学特性风洞试验

中国公路学报 2023年第8期36卷 112-120页

作者：高东来孟昊陈文礼李惠哈尔滨工业大学土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室黑龙江哈尔滨150090 哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150090

分离式三箱梁因其优异的颤振稳定性,且对极端风环境的适应能力强,在超大跨度桥梁的设计和建设中逐渐被广泛应用。然而,因为双间隙的存在,分离式三箱梁极易发生涡激振动。桥梁涡激振动的起源与其所受的气动力及其绕流密不可分。为了揭示... 详细信息

分离式三箱梁因其优异的颤振稳定性,且对极端风环境的适应能力强,在超大跨度桥梁的设计和建设中逐渐被广泛应用。然而,因为双间隙的存在,分离式三箱梁极易发生涡激振动。桥梁涡激振动的起源与其所受的气动力及其绕流密不可分。为了揭示分离式三箱梁涡激振动的诱因,同时为工程设计和应用实践提供理论指导,以中国某座正在筹建的大跨度桥梁分离式三箱梁为研究对象,进行了精密化的风洞试验研究。通过试验对比了3种断面的表面压力特性,研究三者表面压力分布特征及频率特征。其频率分析结果表明:曲线腹板型式的箱梁具备“双频”现象,易导致涡振区的增大。其后,为揭示双频现象的诱因,进行了流场可视化烟线试验,试验结果表明:近尾流区没有发现剪切层的相互作用以及交替脱落的旋涡,单侧剪切层的分离和再附诱发了分离式三箱梁的气动不稳定性;线性腹板的断面间隙流场更为紊乱,尤其是下游间隙流场。还采用节段模型风洞试验对成桥状态下分离式三箱梁的压力分布特性及绕流场特征进行了初步研究。研究结果表明:与线性腹板的断面相比,曲线型腹板能够有效降低分离式三箱梁在成桥状态下的升阻力系数;剪切层的分离和再附依然是诱发分离式三箱梁气动不稳定性的主要原因。

关键词：桥梁工程 “双频”现象风洞试验分离式三箱梁气动性能

叶顶间隙和减振阻尼台对多级轴流压气机性能影响的数值模拟

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航空动力学报 2023年第3期38卷 665-673页

作者：陈燕滕鑫楚武利西北工业大学动力与能源学院西安710072 西北工业大学陕西省航空动力系统热科学重点实验室西安710072

以某多级轴流压气机为研究对象,采用数值模拟的方法研究了叶顶间隙和减振阻尼台对压气机气动性能的影响。研究揭示了叶顶间隙变化对叶顶泄漏流动的影响规律,分析了各级转子叶顶间隙变化对多级轴流压气机性能影响的相对大小。研究发现针... 详细信息

以某多级轴流压气机为研究对象,采用数值模拟的方法研究了叶顶间隙和减振阻尼台对压气机气动性能的影响。研究揭示了叶顶间隙变化对叶顶泄漏流动的影响规律,分析了各级转子叶顶间隙变化对多级轴流压气机性能影响的相对大小。研究发现针对所研究的多级轴流压气机,第5级转子叶顶间隙的变化对压气机性能的影响幅度最大,当叶顶间隙从0.390 mm增加到1.007 mm时,级效率下降了1.72%;而其他级的效率下降幅度较少,最大降幅不超过0.6%。此外,研究了第1级及第5级转子叶片阻尼台对多级压气机性能影响,分析了阻尼台对流场结构及流通能力的影响,揭示了阻尼台影响性能的机理。研究结果表明,当存在阻尼台时,多级轴流压气机的峰值效率、峰值压比以及堵塞质量流量都会下降,其中峰值效率下降了1.6%,峰值压比下降了1.2%,堵塞质量流量下降了1.2%;尤其是第1级和第5级效率明显下降,第1级级效率下降约5.2%,第5级级效率下降约1.6%。在阻尼台存在的地方总压损失大,密流值会降低,流通能力会下降。

关键词：多级轴流压气机叶顶间隙减振阻尼台气动性能流场结构

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出口宽高比对S弯喷管流固耦合特性影响

航空学报 2023年第14期44卷 149-163页

作者：李秋琳周莉孙鹏史经纬王占学西北工业大学动力与能源学院西安710129

针对涡扇发动机用双S弯喷管,通过串行双向松耦合方法研究了不同出口宽高比对双S弯喷管流固耦合特性的影响。研究结果表明,S弯喷管的结构变形特征主要位于S弯第一弯下游通道及喷管等值段出口上壁面,且随着出口宽高比增加,喷管第一弯下游... 详细信息

针对涡扇发动机用双S弯喷管,通过串行双向松耦合方法研究了不同出口宽高比对双S弯喷管流固耦合特性的影响。研究结果表明,S弯喷管的结构变形特征主要位于S弯第一弯下游通道及喷管等值段出口上壁面,且随着出口宽高比增加,喷管第一弯下游区域变形量逐渐增大,出口的变形量先增大后减小,S弯喷管上、下壁面的最大变形均出现在S弯第一弯下游区域。由于喷管出口壁面向外膨胀,出口宽高比在耦合作用下相比设计值减小。流固耦合作用对不同宽高比S弯喷管的流场特征与气动性能产生影响,在小宽高比时喷管结构变形后产生的流动分离对喷管下游流动产生较大影响,此时喷管沿轴向向上弯曲角度减小,推力矢量角减小;在大宽高比时喷管沿轴向向上弯曲角度随着出口宽高比增加逐渐增大,推力矢量角增大。当宽高比为2时总压恢复系数降低了0.56%,流量系数降低了2.67%,推力系数降低了0.72%;当宽高比为10时,此时总压恢复系数降低了0.36%,流量系数降低了4.34%,推力系数降低了1.37%。

关键词：双S弯喷管流固耦合出口宽高比气动性能结构变形特征影响机理

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涡流发生器安装方式对风力机气动性能的影响

中国电机工程学报 2023年第12期43卷 4639-4647页

作者：江瑞芳赵振宙陈明冯俊鑫王丁丁凌子焱河海大学能源与电气学院江苏省南京市211100

风力机工作中产生三维旋转效应(three-dimensional rotationaleffect,TDRE)。研究TDRE与涡流发生器(vortex generators,VGs)耦合作用下的流动控制机理是优化应用VGs的关键。采用转捩模型,对安装反向(Counter-)、同向(Co-)VGs的NREL Phase Ⅵ风力机进行数值模拟。通过分析不同转速、风速下的叶片吸力面流场分布、各剖面流场、压力系数和输出转矩,来探究TDRE作用下VGs安装方式的影响以及Co-VGs的作用机理。模拟结果与NREL试验数据进行对比验证,计算结果与试验值吻合良好,输出转矩最大误差为9.3%。研究结果表明,VGs提高了叶片的输出功率,推后了翼型表面的分离点,改善了叶片表面气动流场;VGs增大了翼型压差,在前缘位置更加显著;在叶片各剖面达到失速攻角前后,Co-VGs的作用效果优于Counter-VGs。研究结果对VGs的工程应用具有一定的理论指导意义。

关键词：同向涡流发生器 PhaseⅥ风力机旋转效应转捩模型气动性能

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基于钝尾缘翼型叶片的三维风力机性能分析

机械工程学报 2023年第6期59卷 123-130页

作者：杨欢伊鹏辉覃锴黄典贵上海理工大学能源与动力工程学院上海200093

随着风力机向大型化发展,为有效提升风力机叶片的性能以及结构强度,将钝尾缘翼型应用于风力机叶片设计。以NACA639XX系列翼型为基准翼型,通过Hicks-Henne型函数和钝尾缘函数对翼型进行参数化拟合,使用多岛遗传算法优化得到层流钝尾缘翼... 详细信息

随着风力机向大型化发展,为有效提升风力机叶片的性能以及结构强度,将钝尾缘翼型应用于风力机叶片设计。以NACA639XX系列翼型为基准翼型,通过Hicks-Henne型函数和钝尾缘函数对翼型进行参数化拟合,使用多岛遗传算法优化得到层流钝尾缘翼型族(USST-XXX)。将此翼型族中相对厚度为21%的USST-211翼型与NACA63921层流翼型替换NREL PhaseVI叶片截面的S809翼型,建模得到两种三维风力机叶片,采用数值模拟的方法,对这两种叶片不同风速下的流场进行分析,并与NREL Phase VI风力机叶片的气动性能进行对比。数值模拟结果表明,在额定风速附近,采用层流钝尾缘翼型所构造的新叶片风力机的风能利用系数高于其他两种叶片。研究结果表明优化得到的层流钝尾缘翼型族可以有效提升风力机气动性能,在大型水平轴风力机叶片设计方面具有良好的应用前景。

关键词：层流翼型钝尾缘翼型族风力机叶片气动性能

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风透镜优化构型对垂直轴风力机气动性能研究

太阳能学报 2023年第3期44卷 39-45页

作者：张唯叶舟李春李仙东欧华浩上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

风透镜是一种应用于垂直轴风力机的新型外部辅助装置,为探究风透镜结构对垂直轴风力机气动性能的影响,通过数值模拟的方法,结合贝塞尔曲线对其构型进行优化设计。结果表明:风透镜具有较好的聚风性能,有助于垂直轴风力机气动性能的提升,... 详细信息

风透镜是一种应用于垂直轴风力机的新型外部辅助装置,为探究风透镜结构对垂直轴风力机气动性能的影响,通过数值模拟的方法,结合贝塞尔曲线对其构型进行优化设计。结果表明:风透镜具有较好的聚风性能,有助于垂直轴风力机气动性能的提升,风透镜结构参数中扩散器半开角对风力机气动性能影响较大,法兰次之。风透镜优化构型后可进一步提升垂直轴风力机的风能利用系数和力矩系数,风能利用系数最高可达参考垂直轴风力机的8.60倍,并使垂直轴风力机在更大叶尖速比工况下仍保持较高运行效率,进一步提升其有效运行工况范围。

关键词：风力机数值模拟气动性能垂直轴风透镜贝塞尔曲线

前缘圆柱对风力机翼型气动性能及冲蚀磨损影响研究

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太阳能学报 2024年第4期45卷 166-173页

作者：李德顺胡智豪赵慧廷吴朝贵范强强兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 甘肃省风力机工程技术研究中心兰州730050 甘肃省流体机械及系统重点实验室兰州730050

为研究风沙环境下流动控制方式对于NACA 0012翼型气动性能和冲蚀磨损的影响,通过在风力机翼型前缘布置微小圆柱来控制气流流动,采用离散项模型和SST k-ω湍流模型对控制翼型进行数值计算。结果表明:攻角较小时,微小圆柱处于X=0.04、Y=-0... 详细信息

为研究风沙环境下流动控制方式对于NACA 0012翼型气动性能和冲蚀磨损的影响,通过在风力机翼型前缘布置微小圆柱来控制气流流动,采用离散项模型和SST k-ω湍流模型对控制翼型进行数值计算。结果表明:攻角较小时,微小圆柱处于X=0.04、Y=-0.03位置时控制效果最佳,可抑制流动分离,相比原翼型升阻比提高149.72%;微小圆柱处于X=0.02、Y=-0.02位置时翼型冲蚀磨损的减小量最大,相比原翼型减小97.66%;微小圆柱处于最优区域时翼型升阻比提高的同时冲蚀磨损量也会减小。

关键词：风力机风沙环境翼型流动控制磨损气动性能数值模拟

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叶片破损对压气机性能的影响

哈尔滨工程大学学报 2024年第4期45卷 722-729页

作者：王忠义赵佳张晶王萌哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001 中船黄埔文冲船舶有限公司广东广州510715

为了研究叶片破损对压气机内部流场的影响机理,本文针对带有破损的跨音速压气机叶片进行气动性能变化规律和机理研究。通过NASA rotor 37实验结果验证了计算方法的准确性,利用数值仿真研究了叶片破损对压气性能的影响规律,并对2种典型... 详细信息

为了研究叶片破损对压气机内部流场的影响机理,本文针对带有破损的跨音速压气机叶片进行气动性能变化规律和机理研究。通过NASA rotor 37实验结果验证了计算方法的准确性,利用数值仿真研究了叶片破损对压气性能的影响规律,并对2种典型工况下叶片破损前后的流场结构进行对比分析,探讨引起性能变化的具体原因。研究表明:叶片破损会导致压气机的压比降低0.6631%、绝热效率降低0.7877%,且压气机的稳定裕度降低更为明显。叶尖破损主要对叶顶流场结构产生影响,使叶顶区域泄漏流增强,当其与激波相互作用时,通道内产生了流动堵塞和流动损失。本文研究成果可为实际服役中的航空发动机特性评定提供理论参考。

关键词：跨音速压气机叶片破损数值模拟气动性能压比效率稳定裕度叶顶泄漏流

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