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微型小插片流动控制技术在风力机叶片中的应用研究

许坤  
【摘要】:流动控制技术是空气动力学的一个重要分支,能显著改善飞行器的气动性能,越来越多地使用到改善风机性能中。通过流动控制提高风力机的气动性能,对风力机发展具有十分重要的意义。 本文就微型小插片流动控制技术在风力机中的应用进行研究,通过前期文献的整理,对风力机翼型S809进行了压力面靠近尾缘处布置小插片的结构,实验测量和数值模拟是研究叶轮机械内部流场的基本方法。本文正是通过实验测量和数值模拟相结合的方法来研究原始的S809翼型和带微型小插片的翼型的详细流场结构。 本文主要研究内容和研究成果如下: 1、搭建了适合翼型吹风实验的实验台,保证翼型良好的来流条件,使其具有良好的速度均匀度和较低的速度湍流度。借助先进的流场测试设备——时间解析粒子图像速度仪(TR-PIV),对有无小插片的翼型进行了实验测量。 2、实验测量了原始翼型、90%弦长处带小插片的翼型以及95%弦长处带小插片的翼型。改变翼型的攻角,得到了在不同攻角情况下三种翼型的速度流场。通过数据处理,得到了三种不同翼型的速度矢量图、速度流线及轴向速度图,比较有无小插片翼型不同攻角情况下的流动特征。实验发现,小插片的存在改变了翼型后缘驻点的位置,从而改变了绕翼型的环量,造成对升力产生影响。 3、使用ICEM CFD对有无小插片的翼型的网格拓扑结构进行了详细的划分,获得了方便和执行效率高的网格结构,对原始翼型及95%弦长处带微型小插片的翼型,基于ANSYS CFX软件平台进行数值模拟,采用适合翼型流动的SST湍流模型。 4、数值模拟得到的结果进行后处理,得到了两种翼型在不同攻角情况下的升力系数、阻力系数、升阻比、表面压力系数,及速度流线图等。从详细的流场结果分析带小插片翼型增升的机理。带小插片翼型提升升力的机理在于,改变了翼型的库塔条件,使后驻点位置出现在微型小插片末端,有效地增加了气动曲面轮廓和环量,从而增加了升力。


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