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风力机翼型非定常流场POD和EPOD分析

上海交通大学学报 2022年第1期56卷 45-52页

作者：孙翀田甜竺晓程杜朝辉上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

风力机翼型绕流对整机性能以及气动噪声水平具有重要的影响.采用大涡模拟与Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)方程相结合的方法,求解风力机翼型的非定常流场及远场气动噪声.通过本征正交分解(POD)方法提取翼型在8°攻角下的涡量流场模态.... 详细信息

风力机翼型绕流对整机性能以及气动噪声水平具有重要的影响.采用大涡模拟与Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)方程相结合的方法,求解风力机翼型的非定常流场及远场气动噪声.通过本征正交分解(POD)方法提取翼型在8°攻角下的涡量流场模态.模态结构表明,尾缘涡团和层流分离泡是翼型主要流动的非定常特征.通过扩展本征正交分解(EPOD)方法获得与远场气动噪声最相关的模态结构,揭示与气动噪声产生及传播最相关的边界层中的涡结构与尾迹中的大尺度涡团.

关键词：翼型绕流大涡模拟气动噪声本征正交分解

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翼型绕流的洛伦兹力控制机理

物理学报 2014年第3期63卷 276-285页

作者：陈耀慧董祥瑞陈志华张辉栗保明范宝春南京理工大学瞬态物理重点实验室南京210094

在翼型上翼面壁面附近流场中形成的流向洛伦兹力,可提升翼型的升力减小阻力,然而制约其推广应用的主要瓶颈是极为低下的控制效率,为提高洛伦兹力的控制效率,需研究其控制机理.以翼型绕流的洛伦兹力控制为例,利用双时间步Roe格式及水槽... 详细信息

在翼型上翼面壁面附近流场中形成的流向洛伦兹力,可提升翼型的升力减小阻力,然而制约其推广应用的主要瓶颈是极为低下的控制效率,为提高洛伦兹力的控制效率,需研究其控制机理.以翼型绕流的洛伦兹力控制为例,利用双时间步Roe格式及水槽对其进行数值及实验研究.结果表明:洛伦兹力的控制效果随着来流速度的增加而下降,升力增幅和阻力减幅与来流速度大小呈反比关系,但升力增加和阻力减小的规律不变,都是升力先急剧增加随后缓慢增加,而阻力先急剧减小然后再缓慢增加,基本原因为升力和阻力先受洛伦兹力推力的影响而分别增加和减小,随后洛伦兹力作用增加翼面壁面摩擦力,导致升力减小和阻力增加,流向洛伦兹力还导致翼型壁面压力下降,增加翼型升力和压差阻力;壁面摩擦力导致的升力降幅比壁面压力变化导致的升力增幅小,壁面压力变化起主导作用;洛伦兹力推力对阻力的降幅比压差阻力的增幅大,洛伦兹力推力起主导作用,因此阻力减小.

关键词：边界层洛伦兹力翼型绕流流体控制

滑移边界对高雷诺钝体绕流流动分离及阻力的影响

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中国舰船研究 2022年第5期17卷 204-211页

作者：陈伟冷文军何鹏王磊武汉第二船舶设计研究所湖北武汉430205

[目的]水下航行体附体产生的流动分离会增大航行的阻力与噪声,影响控制面的操纵性能,为此,研究超疏水表面产生的滑移对减阻及流动分离的抑制效果。[方法]建立一种曲面上的部分滑移边界处理方法,并针对有滑移的高雷诺数圆柱绕流和翼型绕... 详细信息

[目的]水下航行体附体产生的流动分离会增大航行的阻力与噪声,影响控制面的操纵性能,为此,研究超疏水表面产生的滑移对减阻及流动分离的抑制效果。[方法]建立一种曲面上的部分滑移边界处理方法,并针对有滑移的高雷诺数圆柱绕流和翼型绕流问题进行数值仿真。[结果]结果显示,在高雷诺数下,受滑移边界条件的影响,圆柱绕流会经历湍流卡门涡街、层流卡门涡街和斯托克斯无分离流动3个阶段,阻力系数是先增大后减小,涡脱落频率加快;对于翼型绕流,当滑移长度增大时,分离点的位置逐渐向翼型尾部移动直至流动分离消失,升力系数逐渐增大,阻力系数逐渐减小。[结论]研究表明,滑移边界对高雷诺数钝体绕流有抑制流动分离的作用,减阻效果良好,可为将超疏水材料及表面处理技术应用于水下航行体附体的流动控制提供技术支撑。

关键词：流动分离减阻滑移边界圆柱绕流翼型绕流

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神经网络对于翼型绕流流场的重构

工程热物理学报 2021年第5期42卷 1205-1212页

作者：王同生孙中国黄柱席光西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 Center for Turbulence Research Stanford UniversityCaliforniaUSA 94305-3024

本文试图通过神经网络重构二维低雷诺数翼型绕流非定常流场。首先通过局部径向基函数(LRBF)求解器求解不可压缩流动控制方程得到计算域内流场信息,然后随机选取一些时空域内的数据点(包含位置信息和速度信息)作为训练数据代入神经网络... 详细信息

本文试图通过神经网络重构二维低雷诺数翼型绕流非定常流场。首先通过局部径向基函数(LRBF)求解器求解不可压缩流动控制方程得到计算域内流场信息,然后随机选取一些时空域内的数据点(包含位置信息和速度信息)作为训练数据代入神经网络进行训练。先学习训练得到流动的雷诺数后进行流场的重构,并与LRBF求解器得到的数值结果进行对比。流动计算中雷诺数设置为200,攻角为20°,计算域离散采用局部节点加密技术以减少计算量。

关键词：流场重构神经网络局部径向基函数翼型绕流

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非定常工况下翼型熵产特性数值研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2020年第11期48卷 120-125页

作者：王威王军丁炎炎尹国庆华中科技大学能源与动力工程学院湖北武汉430074

基于多驰豫格子玻尔兹曼方法,对低雷诺数下二维翼型非定常状态下的熵产特性进行分析研究.为了提高计算准确性,采用分块网格细化算法对流场变化剧烈区域进行加密,并采用插值反弹格式处理曲线边界.通过对雷诺数为1000时不同攻角下翼型绕... 详细信息

基于多驰豫格子玻尔兹曼方法,对低雷诺数下二维翼型非定常状态下的熵产特性进行分析研究.为了提高计算准确性,采用分块网格细化算法对流场变化剧烈区域进行加密,并采用插值反弹格式处理曲线边界.通过对雷诺数为1000时不同攻角下翼型绕流的数值模拟,计算翼型的阻力与熵产率验证了该算法的有效性.通过计算不同攻角、不同相对厚度翼型的非定常熵产率,研究翼型涡脱落与流动损失的关系.研究结果表明:非定常流动时,翼型的阻力与流场的熵产率不再满足相关性,流场熵产的非定常性主要是由主分离涡和尾缘脱落涡的相互作用导致,当主分离涡向尾缘运动而尾缘分离涡逐渐脱落时,熵产逐渐减小;而当尾缘分离涡推动主分离涡向前缘运动时,熵产逐渐增大.

关键词：格子玻尔兹曼方法翼型绕流非定常熵产阻力

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低雷诺数下翼型气动特性和涡脱落模态分析

华中科技大学学报（自然科学版） 2019年第12期47卷 1-6页

作者：王威王军尹国庆彭勇华中科技大学能源与动力工程学院

基于多弛豫格子玻尔兹曼方法对低雷诺数下的二维翼型气动特性和尾流涡脱落特性进行了分析.为了提高计算准确性,采用分块网格细化算法对流场变化剧烈区域进行加密,采用格插值反弹格式处理曲线边界和动量交换方法计算升阻力.通过对及e=1 ... 详细信息

基于多弛豫格子玻尔兹曼方法对低雷诺数下的二维翼型气动特性和尾流涡脱落特性进行了分析.为了提高计算准确性,采用分块网格细化算法对流场变化剧烈区域进行加密,采用格插值反弹格式处理曲线边界和动量交换方法计算升阻力.通过对及e=1 000时不同格点数目NACA0012绕流的数值模拟,验证了网格的无关性和算法的有效性.在低雷诺数下,流动呈现明显的非定常特性,引起前、后缘分离与再附以及涡脱落现象.研宄发现涡的脱落频率和模态随攻角的变化而变化,存在3种典型的涡脱落模态,即二单(2S)、二双(2P)和双+单(P+S)模态.

关键词：格子玻尔兹曼方法多弛豫分块网格翼型绕流涡脱落模态

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翼型绕流电磁控制的实验和数值研究

物理学报 2008年第2期57卷 648-653页

作者：陈耀慧范宝春陈志华周本谋南京理工大学瞬态物理实验室南京210094

分布在弱电介质溶液中的电磁力(Lorentz力),可以有效地控制边界层的流动.利用以转动水槽为主的实验系统和基于双时间步Roe格式的数值方法,对翼型绕流的电磁控制进行了实验和数值研究.结果表明,对于一定攻角的翼型,电磁力可以控制其绕流... 详细信息

分布在弱电介质溶液中的电磁力(Lorentz力),可以有效地控制边界层的流动.利用以转动水槽为主的实验系统和基于双时间步Roe格式的数值方法,对翼型绕流的电磁控制进行了实验和数值研究.结果表明,对于一定攻角的翼型,电磁力可以控制其绕流形态.当电磁力方向与流动方向相同时,可以抑制分离,消除涡街,其效果与减小攻角类似.当电磁力的方向与流动方向相反时,可在流场中形成大涡组成的涡街,增强流体的混合能力,其效果与增大攻角类似.

关键词：电磁力翼型绕流流体控制

NACA4412翼型低速绕流数值计算中湍流模型对比

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航空学报 2017年第S1期38卷 32-39页

作者：闫文辉薛然然 AECC Aero Engine Academy of China Beijing 101304 China

使用Spalart-Allmaras(S-A)、SSTk-ω、Gao-Yong 3种湍流模型对NACA4412翼型低速绕流进行了数值计算,研究了尾迹流动松弛效应。对流项采用Roe格式离散,扩散项采用二阶中心格式离散,离散后的控制方程用多步Runge-Kutta显示时间推进法求... 详细信息

使用Spalart-Allmaras(S-A)、SSTk-ω、Gao-Yong 3种湍流模型对NACA4412翼型低速绕流进行了数值计算,研究了尾迹流动松弛效应。对流项采用Roe格式离散,扩散项采用二阶中心格式离散,离散后的控制方程用多步Runge-Kutta显示时间推进法求解。计算中对翼型尾缘流松弛效应进行了分析,比较了翼型表面压力系数、速度剖面、雷诺应力等的分布,3种湍流模型总体上能够较好地模拟NACA4412翼型低速绕流。SSTk-ω模型对流动细节及升力系数计算最好,Gao-Yong模型对翼型平均速度剖面及雷诺剪切应力分布计算最准确。

关键词：湍流模型计算流体力学数值模拟翼型绕流松弛效应

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翼型绕流风洞试验与数值模拟及其应用研究

翼型绕流风洞试验与数值模拟及其应用研究

作者：肖姚西华大学

学位级别：硕士

绕流问题一直是流体力学研究的重点内容之一,其涉及到流动分离、边界层转捩、漩涡的生成、演化以及它们之间的相互作用。对于流线型的翼型和非流线型的钝体结构来说,漩涡脱落将会在结构体表面上生成顺流向及横流向周期性变化的脉动压力... 详细信息

绕流问题一直是流体力学研究的重点内容之一,其涉及到流动分离、边界层转捩、漩涡的生成、演化以及它们之间的相互作用。对于流线型的翼型和非流线型的钝体结构来说,漩涡脱落将会在结构体表面上生成顺流向及横流向周期性变化的脉动压力。当脉动频率与结构体固有频率接近时,将引起涡激振动现象,极端情况下将引发灾难性事故。对于绕流的问题如果仅用试验或数值模拟的手段,会限制研究人员对流场信息全面理解,结合这两种方法可以更好的得到流场的信息。为此,本文主要结合PIV试验和CFD软件同时分析绕流中的流场结构。在试验方面,本文主要基于西华大学流体及动力机械教育部重点实验室的风洞试验平台,利用PIV流场测试技术研究不同工况下绕流流场的变化,得到了流场的瞬时和平均速度场,并利用POD技术对流场进行降阶分解,得到流场的低阶模态。在数值模拟方面,采用γ-Re湍流模型和k-ω SST湍流模型对方柱绕流和翼型绕流进行仿真,对比了网格、时间步长等因素对计算的影响。对比数值模拟和试验数据,更加全面的分析了绕流流场的信息,得到了如下结论:基于风洞平台的PIV试验结果有着良好的精度,计算结果与LDV试验结果吻合良好,此外PIV试验可以精确的观察流场的变化过程。相较于k-ω SST湍流模型,γ-Re模型是较优的湍流模型,其可准确计算方柱绕流的St数及C,计算结果可以准确的获得尾流的湍动能变化规律和翼型表面流场转捩点,与试验结果吻合良好。γ-Re湍流模型可以准确地表示出方柱绕流的漩涡脱落频率、大小及位置等信息。本征正交分解(POD)可以较好的对绕流流场进行降阶分解得出流场的低阶模态,方柱绕流流场前6阶POD模态占总能量的78.7%,前6阶模态可较准确捕获大雷诺数下方柱的非定常流场的特征。风速在10m/s(Re=1.02×10)时NACA 64418翼型在16°至23°的攻角下在叶片的吸力侧上有再吸附现象,当α大于23°时,不会发生再附着现象。发生流场再附着的临界速度随着攻角的增加而增加。NACA 64418翼型具有较大的失速攻角,攻角在0°和9°之间几乎没有流动分离。当α约为10°时,有一些漩涡开始脱落。随着攻角持续增加,漩涡脱落呈现出强烈的周期性。在垂直轴风力机应用中,根据叶片的压力系数分布可以得到,由对称翼型组成的叶片比由弯翼组成的叶片更有良好的气动特性。由NACA 64418翼型组成的垂直轴风力机叶片在-34.17°与45.72°之间叶片表面没有大的漩涡脱落,攻角在45.72°与85.83°之间,叶片表面将会出现层流分离泡。层流分离泡增加了垂直轴风力机流场的复杂性,其造成了垂直轴风力机气动性能的下降。

关键词：翼型绕流方柱绕流 PIV试验数值模拟流动分离垂直轴风力机