缩进式Gurney襟翼对风力机流动控制的数值研究

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采 用 有 限体 积 法离 散控 制 方 程 , 流项 采用 二 对 阶迎 风格 式 , 散项采 用 中心差分 格式 , 力 速度耦 扩 压 合采 用基 于压力 的耦合 算 法 处理 , 散 代 数 方程 组 离 采用 G u s edl a s —S ie 迭代 法求解 .
2 计 算 结 果 分 析
献 [2 通 过 风洞模 型 实 验 , 1] 在垂 直 轴 风 力 机 叶片 尾 缘 加装 不 同高度 的正 常式 G re 襟 翼 , 过测 量 风 un y 通 力机 功率 发 现 : 垂 直 轴 风力 机 叶 片 尾缘 加 装 G r 在 u— ny襟 翼能 够 提 高 风 力 机 发 电功 率 , 探 讨 了 G r e 并 u- ny襟 翼控 制 风力机 性 能 的流动 机理 . e 作者 对 大 厚 度 、 雷 诺 数 风 力 机 专 用 翼 型 低
2 1一 p ' ~ O ( F ) oo 1 k , 2
Ⅲ u J O ^ }
() 2
数值 研究 , 讨缩 进 式 G re 探 uny襟 翼对 风 力 机专 用 翼 型气 动性 能 的影 响规 律 , 研究 了最 佳襟 翼位 置 . 并
收 稿 日期 : 0 1— 9—2 21 0 5
y = 。卢 ‘ 一 。 ( / ) 1 。 卢 ( ) 。 k  ̄ -.
应 用 于远壁 区域计 算 的常数 为 :
o^ r2: 1 0,o . r 2=0 8 6, . 5
F =t h ag) 2 a (r , n
a一x ; ) r a , g 2 2
式 中:. 0 3 ; 0 = .1 涡量绝对值 n=lU O 1 【 /y . O
F A —W3—2 1加 装 缩 进 式 G re F 1 uny襟 翼 后 进 行 了
和 比耗散 率 t O的输运 方程 为 :
o 去 ) O一∞ () ( = U卢 p+ i 十
[ ( 蓑] ( 1 ) 击p + ( ) () = 一∞ O t去 2 + 去[ ( 】 +
第 3 2卷 第 6期
2 1年 1 01 2月




水 电
学 院


Vo . 2 No 6 13 .
De e.201 1
J u na fNot i a I siut fW a e ns r a y a d Hy r ee ti we o r lo rh Ch n n tt e o t rCo e v nc n d o lcrc Po r
总 的升力 Leabharlann 数减 小 . 来流 攻 角 A A=1 。 干净 翼 型以及 不 同襟 翼 位 O 2,
置下 翼 型 压力 分 布 等 值 线 如 图 1 1所 示. 由图 1 1可 知 , 干净 翼 型 的压力 分布 相 比 , 与 随着 襟翼 位置 远离
流动 控制 技术 是 目前空 气动 力学研 究 的重 要方 向 , G re 以 uny襟 翼 为代表 的流 动控 制 技 术在 大 型 飞 机 的流动 控 制 中得 到 了快 速 发 展 和 广 泛 应 用 。 .
关 于 G re un y襟 翼 在 风 力 机 中 的 应 用 , 外 从 2 国 0世
F A—W3— 4 翼 型 , 对 厚 度 2 . % , 对 弯 度 F 21 相 41 相
2 2 , 长 c . 雷诺 数 R =1 5×1。 来 流 .% 弦 =2 2m, e . 0, 速度 =1 / . 用 F U N 6 3 2 0m s使 L E T . . 6求解 器 , 控制 方程 选 为 质 量 加 权 平 均 的 N—S方 程 和 低 雷 诺 数 S Tk一 湍流模 型 2. S 1 1
1 物 理 模 型 及 数 值 方法
文献[ ,] 2 5 的实 验 结果 表 明 , 加装 G re un y襟 翼 后 只对厚 翼 型或大 后缘 角 的翼 型 可在全 部攻 角范 围 内提 高 其 升 阻 比. 里 采 用 大 厚 度 、 雷 诺 数 的 这 低
纪 末开 始研 究 , 并取 得 了一定 的成 果 . 献 [ 文 6—1 ] 0 对 在 传 统 翼 型 N C 0 1 , A A 0 0以 及 风 力 机 A A 05 N C 0 2 专 用 翼 型 N E 8 9上 加 装 不 同 高 度 的 正 常 式 R L¥ 0
韭 毒‘ l_ 毫
1 3 边 界 条 件 .
图 1 计 算 网格 及 其 分 布
装 G re uny襟翼 与 不加 装 G re 襟 翼 的翼 型 处 于 同 un y

计 算 域上 、 和下边 界 均采 用 速度 入 口边界 条 左 件 , 算域 右边界 采用压 力 出 口边界 条件 , 计 翼型 以及 缩进式 襟翼 作为无 滑移 壁面边 界条 件处理 .
2 1 襟翼 高度 对翼型 升 、 . 阻特性 的影响
相 同襟 翼 高度 、 同襟 翼 位 置对 应 的升 力 系数 不 随来 流攻 角 的变 化 曲线 如 图 2所示 . 图 2可 以看 从 出 , 进 式 G re 缩 un y襟 翼 同样 会 带 来 升 力 系 数 的增 加, 但升 力线斜 率 几乎 没 有 变 化 ; 速 攻 角 以后 , 失 大 多数 襟翼 仍然 具有 较 高 的升 力 系数 . 种 升 力 的增 这 加 主要 是 由于 G re un y襟翼增 大 了翼 型 的有效 弯度 ,
文 章 编 号 : 0 2— 6 4 2 1 ) 6— 0 7— 6 10 5 3 (0 1 0 0 1 0
缩 进 式 Gu n y襟 翼 对 风 力 机 流 动 控 制 的数 值 研 究 re
赵 万 里 ,张 利 达
( 北水利水 电学院, 南 郑州 40 1) 华 河 5 0 1

要 : 大 厚 度 、 雷诺 数 风 力 机 专 用 翼 型 上 加 装 缩 进 式 G re 在 低 uny襟 翼 进 行 数 值 模 拟研 究 , 得 了 G re 获 uny襟
使上 下翼 面压差 增 大 , 而 提 高升 力 . 难 看 出 , 从 不 加
图 2 不 同 襟 翼位 置 下 C 随 A A 的 变 化 曲线 , O
襟翼 高度 为 2 ( %C c为 弦 长 ) 应 情 况 下 ( 2 对 图 中 g一 ) 2 的翼 型升 力系数 明显 大于襟 翼高 度为 1 C %
由图 9可 知 , 随着来 流攻 角 的增加 , 点从 前缘 驻 向翼 型下 表面 移动 , 型上表 面 负压 区 明显 增加 , 翼 上 表 面前 缘 吸力增 加 , 型下表 面压 力也 逐渐 增加 , 翼 进
翼 型尾缘 , 型上翼 面负压 区先增 加而后 减小 , 翼 因而 翼 型的总 升力 先 增 加 后 降 低 , 当襟 翼 位 置 P=2 %C 时 , 型上 翼 面负压 区范围最 大. 翼




水 电
学 院


21 0 1年 l 2月
数值 的混 合 ,
咖=F 咖 +( F ) : 1一 咖
() 5
应 用 于边界层 计算 的常 数 . : 为
1=0. 5,o 8 r l=0 5, .
卢l . 7 』 =0 0 =0 0 5,B . 9,k=0 4 , . 1
对应 情况 下 ( 2中 g一1 的翼 型升力 系数 . 襟 翼 图 ) 在
高度 为 2 %c时 , 翼 位 置远 离 翼 型 尾 缘 , 应 的 升 襟 对
第3 2卷 第 6期
赵万 里 , : 缩进 式 G re 翼 对 风 力 机 流 动 控 制 的数 值 研 究 等 uny襟
2 1
而使 得翼 型升力 系 数随着 攻 角 的增 加 而增加 .
2 3 2 相 同来流 角度 , 同襟 翼位 置 的压力分 布 .. 不
A A=1 。襟 翼 角 度 h=1 C 不 同襟 翼 位 置 下 O 4 , % ,
翼 型压 力 系 数 c 的分 布 如 图 1 0所 示 . 由图 1 0可 知, 随着 襟翼 位置 远离 翼 型尾缘 , 型上 翼面 吸力 逐 翼 渐 降低 , 下翼 面 的压 力也逐 渐 减小 , 因此 会使 翼 型的
翼 在 相 同 的 襟翼 高 度 下 , 同 的襟 翼 位 置 对 风 力 机 专 用 翼 型 气 动 特 性 的影 响规 律 , 出 最 佳 襟 翼 位 置 ; 后 探 不 给 最
讨 了缩 进 式 G re 襟 翼 控 制 流 动 的 机 理 . 得 结 果 可 为 实 际 工 程 风 力 机 的控 制 提 供 理 论 指 导 和 技 术 支 撑 . uny 所 关键词 : 力机 ; 风 缩进 式 G re 襟 翼 ; 动 控 制 ; 动 性 能 un y 流 气
设 参数 ( 包括 ,r, 卢 y 的值 是两 组 参 o 卢, , )
基金项 目: 国家 自然 科 学 基 金 重 点 项 目( 13 0 4 ; 北 水 利 水 电学 院高 层 次 人 才 科 研 启 动 基 金 (0 17 5 0 90 )华 2 12 ) 作 者 简 介 : 万 里 (9 0 ) 男 , 南 信 阳人 , 师 , 士 , 要 从 事 漩 涡分 离 与 复 杂 流 动 控 制 方 面 的研 究 . 赵 18 一 , 河 讲 博 主
为3 0倍 弦长 , 1层 网格 尺寸 1 0—. 算 网格划 第 ×1 5计
(k; ) ]㈩ 分 、 体 网格 以及 局部 网格分 布如 图 1所 示. 0- ; . 4 整


= 数


2 2 2 4 2 O
眦 为

()网格划分 a
()襟 翼局部 网格分 布 b
1 1 低 雷 诺 数 S T k一 湍 流 模 型 . S
G re un y襟翼 进行 了试 验研 究 , 实 了 G re 襟 翼 在 证 un y
减 少风 力 机 叶 片 分 离 、 高 效 率 方 面 具 有 明 显 的 提
效果.
国 内近 几 年 才 开 始 研 究 G re uny襟 翼 在 风 力 机 中的应 用 . 献 [ 1 对 大 型 风 力 机 专 用 翼 型 F A 文 1] F . W32 加 装 正常式 G re 襟 翼后 进 行 了数值 模 拟 —1 1 un y 研 究 , 证 了正 常式 G re 验 uny襟翼 能 够 有效 提 高风 力
1 4 求 解 方 法 .
攻角 时 , 者 的有 效攻 角大 于后者 , 而升力 较后 前 因
者 有 所提 高 . 一结 果 与文 献 [ ] 合较 好 . 图 2 这 3吻 从
还 可 以看 出 , 装 缩 进式 G re 加 un y襟翼 后 , 变 了翼 改 型尾缘 附近 绕流 , 以增 大失 速攻角 . 可
S Tk一 S ∞模 型用一 个混 合 函数将 k一 和 k 一 模 型融合 . 近 壁 区域 使用 k一 模 型 , 在 使计 算 更加 稳定 精 确 ; 远 场 区域 转 变 为 k一 模 型 . 在 湍动 能 k
机 气动 性能 , 得 了襟 翼 高 度 对 风 力 机气 动 性 能 的 获 影 响规 律 , 并得 出最 佳 襟 翼 高 度 为 ( % ~ % ) . 1 2 c 文
1 2 计算 网格 .
卢2=0 0 2 8, =0 0 .8 卢 . 9,k=0 4 , . 1
2 8/ 一盯 k/√ . = 2B nz 8
混合 函数 F 定 义为 :
F =t h ag) a (r , n
n m ax
使 用 结 构 网格 剖分 计算 区域 , 净翼 型 网 格数 干 量 1. 8 7万 , G re 翼 的 网格 数 量 3 . 带 uny襟 9 1万. 计 算 域 的 网格 前为 3 0倍 弦长 , 为 4 后 0倍 弦长 , 下各 上
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