基于合成射流风力机翼型气动特性的数值模拟.pdf

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1、第27卷第2期河南工程学院学报(自然科学版)Vo1．27，No．22015年6月J0URNALOFHENANINSTITUTEOFENGINEERINGJun．2015基于合成射流风力机翼型气动特性的数值模拟马涛，吴素珍(河南工程学院机械工程学院，河南郑州451191)摘要：在翼型上引入射流，以较小流动干扰对翼型表面绕流进行主动流动控制，从而达到延迟失速、抑制分离、增升减阻的目的．通过数值模拟方法，分析了合成射流中的参数射流偏角、动量系数和无量纲频率对翼型气动特性的影响．结果表明，合理地选择射流参数可以达到抑制翼型流动分离、实现增升减阻的目的，得

2、出了相关参数与翼型特性之间的关系曲线，为下一步射流器的选择与控制提供了一些有意义的帮助．关键词：主动流动控制；合成射流；控制参数；翼型中图分类号：V211．3文献标志码：A文章编号：1674—330X(2015)02—0060—03增升减阻是风力机设计一个重要的研究课题，而流动控制技术是解决增升减阻问题的有效方法．合成射流控制技术由于其能耗低、响应快、不需要外界气源的特点，已成为当前最有发展前景的主动流动控制技术．从20世纪初开始，国内外研究人员进行了大量的流动控制研究¨I4J．You等对NACA0015翼型进行了大涡三维模拟研究，结果表明射流能

3、够延迟分离、提高升力且与实验值很接近．张攀峰等通过对翼型气动特性、射流孔口附近流动结构的分析，揭示了合成射流处于分离区时对边界层控制的机理．罗振兵等利用数值模拟方法分析了合成射流在不同工作状态下对低速流射流矢量的影响，初步研究了其控制机理．但对于主动流动控制射流参数与翼型气动特性的关系没有进行具体的分析．在上述研究的基础上，利用数值模拟的方法，综合分析射流偏角、动量系数及无量纲频率对流动控制效果的影响，旨在探讨合成射流参数对翼型气动特性的影响规律，为不同工作状况下合成射流器的设计和使用提供了参考．1控制方程在翼型上设置合成射流器，在喷口处形成交替

4、吹吸气的方式，对翼型上空气流动进行扰动，实现翼型表面流动的分离控制，从而达到增升减阻的目的．采用在合成射流器喷口处附加非定常吹、吸气边界条件的方法以模拟合成射流对主流的干扰作用．喷口处速度定义为(t)=“sin(2，r+。)，u为合成射流速—=◆度幅值，．厂为合成射流入射频率，。为合成射流初始相位角，代表沿射流出射方向的单位矢量．定义合成收稿日期：2015—03—02作者简介：马涛(1983一)，男，河南信阳人，助教，硕士，主要从事流体力学和风电技术研究第2期马涛，等：基于合成射流风力机翼型气动特性的数值模拟·61·流吹气动量系数=()，定义无量

5、纲化时间t=tU~．在笛卡尔坐标系下，对空间任意控制面积s，积分形式的时均化的二维非定常N—s方程可以写为去d”JJf

6、s+J·，ldz=J·，ldf．式中，a．s为控制面积的sosos边界，n为边界的单位外法向向量，且PP(q—q6)0p“P(q—q6)+pTl七fqlW=H=，，日"=JDP(q—q6)+plyfl+THIpEpH(q—q6)+Pq6+gI式中，厂和g定义为厂=++后，g=“++koT．另外p，(，)，E，，p，分另0为流体的密度、速度q在绝对坐标系下的两个分量、总能、总焓、压强、温度，和k分别为黏l生系数和热传导系数2模拟参

7、数的设定以NACA0015翼型为研究对象，研究合成射流在低雷诺数下控制翼型流动分离的机理，计算网格采用分块生成结构化网格的方法产生．为了更好地模拟合成射流的非定常湍流流场，在射流喷口处进行了网格的局部加密处理，以便更好地获得流场参数，来流条件为马赫数为0．2，Re=3．6×10．在来流前方选择半圆形边界，以前缘为圆心，半径为15c，定义为来流速度边界条件，上下边界距离前缘点15c，定义为远场边界条件，后场边界距后缘点为10c，采用流动出口边界条件，在翼型屋面采用无滑移壁面边界条件．通过Fluent程序提供的自定义函数(UDF)来定义射流器出口边界

8、条件．3分析与验证计算采用商用软件Fluent，控制方程为二维非定常Reynolds平均N—S方程，采用二阶迎风格式用于方程的空间离散、时间离散采用一阶显示格式、湍流模型采用s—A方程模型，图2和图3分别为翼型升力和阻力系数随攻角变化的计算曲线．首先，计算了F=0．1，=0．O1，卢=20。的合成射流控制效果．不同攻角的翼型升力和阻力系数计算结果如图4所示．1．6O．52·O1．O1．20．4l-60．80_3l·20．60．8O．20．80．40．4O．10．4O．2O．O图2升力系数对比图3阻力系数对比图4控制前后升阻力系数Fig．2Comp

9、arisonofliftFig．3ComparisonofdragFig．4Liftanddragcoefficientwithcoef