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《翼型低雷诺数层流分离泡数值研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第24卷 第4期空气动力学学报Vol.24,No.42006年12月ACTAAERODYNAMICASINICADec.,2006文章编号:025821825(2006)0420416209翼型低雷诺数层流分离泡数值研究白 鹏,崔尔杰,周伟江,李 锋(航天空气动力技术研究院,北京 100074)摘 要:翼型在不可压和低雷诺数条件下工作时的性能越来越引起了人们的研究兴趣。本文采用Rogers发展的双45时间步Roe格式,求解拟压缩性修正不可压N2S方程。数值模拟了低雷诺数条件下(Re=6.0×10
2、,1.0×10,2.0×610),E387翼型在不同攻角条件下(α=0°、4°、7°)翼上表面后缘部分的层流分离现象,对应于长分离泡。时均化的[12]结果同McGhee的试验结果进行比较,验证了计算结果的正确性。研究了低雷诺数层流分离的非定常和时均化特性,并对漩涡脱落中主涡、二次涡以及出现的漩涡对并的周期性过程和对气动力脉动造成的影响进行了较为细致的研究。非定常计算结果表明,低雷诺数条件下的层流分离现象,是周期性的旋涡脱落过程。所谓长层流分离泡是其时均化积分的结果。关键词:低雷诺数;不可压;层流
3、分离泡;非定常中图分类号X:O357.1;V211.15;V211.3文献标识码:A们普遍关心的问题之一。深入研究并控制翼型在低0 引 言雷诺条件下广泛存在的层流附面层分离现象是提高 翼型在不可压和低雷诺数条件下工作时的性能飞行器低雷诺数性能的迫切需要。越来越引起了人们的研究兴趣。这是由于人们希望 前人对于层流分离现象已经开展了较为广泛的[1～4][5～8]提高常规飞行器和轻型大展弦比滑翔机的低速特性。研究。方法多采用试验和数值模拟两种。所提高远程有人驾驶飞行器性能,发动机叶片效率以及研究的
4、问题集中在两方面:(1)对低雷诺数层流分离螺旋桨推进器的高空性能。另外直升机旋翼,风力涡现象自身规律的观测,比较和分析,如雷诺数和攻角轮机叶片和自由飞模型研究和设计中,低雷诺数性能的影响;(2)采取一定的方式对层流分离现象加以干也都占据着重要位置。同时近几年内迅速兴起并广扰以控制所造成的影响。如:改变来流的湍流度,在泛开展的微型飞行器(MicroAirVehicles)的研究和设翼型前缘附近增加绊线强制转捩,以及在流场中增加[2,3][9]计也需要对二维翼型以及各种不同形状不同展弦比声波激励等措
5、施。Gaster(1966)和Horton[10]三维机翼开展广泛深入的探讨。(1968)等人的工作是研究层流分离泡问题的奠基 许多具有重大意义的空气动力学问题出现在以性工作。层流分离泡是翼型低雷诺数流动中广泛存5[9]翼型为参考长度的雷诺数低于2×10范围,如二维在的现象。Gaster通过在平板上方安装辅助翼型,对称翼型在低雷诺数条件下出现的气动力在小攻角在平板上形成不同强度的逆压梯度的方式,形成层流[1][10]范围(0°附近)随攻角非线性变化现象,翼型最大升分离现象,并加以研究。Hort
6、on进一步描述出了经5阻比在2×10附近迅速降低,以及升力系数在小雷典二维层流边界层分离泡的结构(见图1)。认为:由[2]诺数条件下随攻角变化的静态滞回等现象。人们于逆压梯度的存在,层流附面层中流体所包含的动量经过大量研究,普遍认为低雷诺数条件下出现的这些不能继续克服逆压梯度而前进,在分离点位置,流线现象同翼型低雷诺数条件下的层流分离现象密不可逐渐离开壁面。随后,分离的层流边界层在空中发生分。其中翼型在低雷诺数条件下,出现的层流分离泡转捩形成湍流附面层,在强的湍流剪切应力作用下,现象(一般认为分
7、:短泡分离和长泡分离两种),是人外界的能量被引入,使附面层又获得足够的动量,造X收稿日期:2005205211; 修订日期:2005208222.基金项目:国家自然科学基金资助项目(10232010,10032060)作者简介:白 鹏(19732),男,博士,高级工程师,研究方向:计算流体力学,非定常空气动力学,低雷诺数空气动力学.第4期 白 鹏等:翼型低雷诺数层流分离泡数值研究417[11]观测结果,其本质都是时均化的Tani(1964)。更近[4][12]期的研究包
8、括Mueller(1988)和McGhee(1988)也测量到了层流分离泡的不稳定情况。在分离泡的上游部分,剪切层开始稳定地离开壁面,但在试验时均化观测到的再附点附近,剪切层是不稳定的。同时再附点的位置也是不稳定的。表明层流分离泡现象实际是一个不稳定的分离现象。尽管在不稳定的边界层区域可以测量到低频的速度脉动,这种不稳定的流[9,13]图1Horton[10]二维层流分离泡模型动现象还是常常被解释成为是由于湍流造成的。[5]Fig.1Horton22Dlaminarseparationbubbl
