双排涡流发生器高度参数对风力机气动性能影响的研究

为了研究双排涡流发生器高度参数对风力机气动性能的影响,以NREL Phase VI风力机叶片为模型,采用CFD方法分别对加装单排涡流发生器、不同高度参数双排涡流发生器共10种模型进行模拟,分析其在不同风速、转速下对风力机叶片气动性能的影响。计算结果表明,所有不同高度参数双排涡流发生器在不同转速、来流风速时,均能提升风力机叶片气动性能,改善风力机流场。其中,第一排涡流发生器与第二排涡流发生器高度差越大时,双排涡流发生器整体流动控制效果最好,即最佳高度参数Case 4(第一排涡流发生器高度3 mm,第二排涡流发生器高度9 mm)前低后高组合。同时,最佳高度参数双排涡流发生器和单排涡流发生器相比能进一步延迟流动分离,取得更好的流动控制效果。     

利用涡流发生器抑制S形进气道旋流畸变的数值模拟研究

飞机一般采用S形进气道,针对S形进气道中流动分离较大的问题,采用内表面加装涡流发生器的方法减小旋流畸变。通过计算确认加装涡流发生器后进气道流动分离大大减弱,验证了涡流发生器的作用。     

微型涡流发生器对超临界翼型升阻特性影响实验研究

采用低速风洞实验方法,研究了安装在超临界翼型上的微型涡流发生器四种高度和安装位置对绕该翼型的流动影响。对比干净翼型和安装微型涡流发生器的翼型升阻特性,结果表明:同向安装的微型涡流发生器能减小阻力,但对升力和失速迎角影响不大;大尺寸微型涡流发生器减阻没有小尺寸效果好;高度低于0.4δ(δ为边界层名义厚度)的微型涡流发生器最佳安装位置为参考分离位置下游3.5δ~4.5δ处。     

小尺度圆柱涡流发生器的传热与流动特性

应用大涡模拟对设置小尺度圆柱涡流发生器矩形槽道底面的流动与传热特性进行研究,小尺度圆柱涡流发生器置于湍流边界层内。分析不同间隙比对槽道流动结构、槽道底面Nusselt数、摩擦因数以及综合性能系数的影响。此外,采用大涡模拟所得槽道计算结果与前人直接数值模拟结果一致性很好,验证所采用数值方法的准确性与可靠性。研究结果表明,与未设置小尺度圆柱涡流发生器的矩形槽道相比,设置小尺度圆柱涡流发生器槽道底面的换热性能可以得到显著提高,同时其流动阻力的增加亦得到有效抑制。当间隙比为2.0时,槽道底面换热性能最佳,其Nusselt数可提高18.76%;而当间隙比为0.5时,槽道底面减阻效果最佳,摩擦因数可减小3.77%。     

斜截椭圆柱式涡流发生器强化传热的大涡模拟

对流体在放置斜截椭圆柱式涡流发生器矩形槽道内的流动与传热特性进行大涡模拟,得出流场中速度、温度与压力参数的瞬态变化特性,再现温度场、压力场及诱导旋涡的变化过程,并对流动结构及涡流发生器强化传热的机理进行分析。为验证大涡模拟计算结果的准确性,在相同条件下对未布置涡流发生器的空槽道分别采用湍流模型和大涡模拟进行对比计算,两者的计算结果符合较好。计算结果表明：流场中布置的涡流发生器可以诱导漩涡,而由其所诱导的流向涡对强化传热起主要作用。与相同条件下未布置涡流发生器的情况相比,局部对流换热系数可提高64%～105%,平均对流换热系数则可提高17%～36%;涡流发生器附近位置的对流换热系数提高幅度最大,传热面附近流体的流动状况及流动结构与传热密切相关。     

考虑转捩的风力机涡流发生器数值模拟

涡流发生器能够有效抑制风力机气流分离、延迟失速,转捩对其性能具有重要的影响。采用考虑了转捩效应的Gamma-Theta转捩模型,对安装有涡流发生器的DU91-W2-250叶片微段进行三维非定常计算,研究转捩对风力机涡流发生器气动性能的影响,和涡流发生器的转捩规律。结果表明:全湍流模型模拟的升力值偏低、阻力值偏高,升力系数最大误差达23.1%,升阻比最大误差达51.8%,Gamma-Theta转捩模型则能够更准确地模拟涡流发生器的气动性能,升力系数最大误差仅有7.9%;涡流发生器使叶片表面具有明显的三维转捩现象,其内部转捩效应更加明显,抑制气流分离效应更加有效;转捩使叶片分离区域变小,叶片失速延迟更加明显,分离得到有效控制。     

涡流发生器涡激振动抑制研究

通过风洞实验对涡流发生器的涡激振动抑制效果进行了分析研究,确定了涡流发生器的最佳几何参数,并探讨了涡流发生器涡激振动抑制机理.结果表明:从阻力系数的角度,涡流发生器比螺旋条纹圆管有更大的涡激振动抑制优势.热线风速仪的测量结果表明:光滑圆管及涡流发生器圆管尾流展向尾流速度相关系数不受雷诺数及涡流发生器的影响.涡流发生器主要是通过影响边界层的分离进而影响涡街脱落点来抑制涡激振动,对涡街脱落的沿展向三维扩展没有影响.     

雷诺数对安装涡流发生器翼型气动性能的影响

为了研究雷诺数对安装涡流发生器翼型气动性能的影响,以NACA4418翼型为研究对象,通过风洞测压试验的方法,研究了安装涡流发生器翼型在从低到高不同雷诺数下气动性能变化规律和翼型表面绕流场特性,对比分析了涡流发生器参数对翼型气动性能的影响.结果表明:随着雷诺数的增大,涡流发生器增升减阻作用逐渐增强,抑制边界层分离的攻角范...     

定桨距风力发电机组叶片加装涡流发生器性能提升研究

加装涡流发生器有助于风力机叶片表面边界层气流分离的控制。针对我国高原地区定桨距风力发电机组长期处于欠发状态,发电性能难以达到满发的状况,对750 kW定桨距风力发电机组使用CFD数值模拟方法分析了其叶片表面的失速规律,提出了在叶片吸力面上安装涡流发生器来提升机组性能的技术方案。研究结果表明:涡流发生器技术实施运行1年后,机组年发电量的增长率达5.69%,展现了良好的经济性与实用性,对我国定桨距风力发电机组性能提升技术研究具有很好的指导意义。     

涡流管技术研究与进展

从涡流管结构参数对涡流管性能影响、涡流管热物理参数对涡流管性能影响、涡流管内部流动特性的研究及数值模拟、新型涡流管及双级多级涡流管和气液两相涡流管以及涡流管应用研究等五方面阐述了涡流管的研究现状及进展.     

NUMERICAL STUDY OF FLOW IN CONICAL DIFFUSER WITH VORTEX GENERATOR JETS

To develop vortex generator jet (VGJ) method for flow control, the turbulence flow in a 144°conical diffuser with and without vortex generator jets are simulated by solving Navier-Stokes equations with κ -ε turbulence model. The diffuser performance, based on different velocity ratio (ratio of the jet speed to the mainstream velocity), is investigated and compared with the experimental study. On the basis of the flow characteristics using computation fluid dynamics (CFD) method observed in the conical diffuser and the downstream development of the longitudinal vortices, attempt is made to correlate the pressure recovery coefficient with the behavior of vortices produced by vortex generator jets.     

Separation control mechanism of airfoil using synthetic jet

Numerical simulation of separation control using a synthetic jet was performed on NACA23012 airfoil. The computed results showed that stall characteristics and control surface performance could be improved substantially by resizing the separation vortices. It was observed that actual flow control mechanism was fundamentally different depending on the range of synthetic jet frequency. For low frequency range, small vortices due to synthetic jet penetrated to the large leading edge separation vortex flow, and as a result, the size of the leading edge separation vortex remarkably decreased. For high frequency range, however, the small vortex did not grow enough to penetrate into the large separation vortex, but the synthetic jet changed airfoil circulation directly. The synthetic jet conditions for effective lift increase are as follows: the non-dimensional frequency of the synthetic jet is 1; the location of the synthetic jet slot is the same as the separation point; and the jet velocity is large enough to perturb the separated flow. By exploiting these conditions, it was observed that the combination of the synthetic jet with a simple high lift device could be as good as a conventional fowler flap system.     

合成射流基微泵的控制律

通过对合成射流流场数值分析,得到合成射流鞍点特征及可控特性。基于对合成射流鞍点特征及其随激励条件变化规律的分析,获得调节合成射流基微泵的控制律。通过对调节控制和未调节控制下微泵的流体力学分析,对微泵控制律进行考核验证。验证结果显示：改变激励条件并相应调节分流板位置,合成射流新产生的“涡对”保持良好,微泵工作于设计状态;而分流板未控制调节下,由于分流板处于合成射流“涡对”形成和发展的关键区域,严重阻碍和破坏了合成射流“涡对”的形成和发展,合成射流对周围流体的卷吸量显著减小,微泵工作远离设计状态,泵流流量显著减小。研究结果表明：分流板控制律对微泵的控制是行之有效的,若激励器振动膜的振动幅值与激励电参数的关系已知,则可由改控制律得到微泵的电参数控制律,从而可以实现微泵的智能化控制。     

基于非光滑表面与涡流干扰的车身气动减阻方法

探讨了将表面非光滑形态结构减阻思想与流场主动控制相结合的车身气动减阻方法。将凹坑型非光滑表面布置在MIRA直背式模型的尾部,并在非光滑形态模型的基础上,在凹坑阵中加装喷射速度可变的涡流发生器来控制模型的尾部气流,改善尾涡结构。通过对光滑、非光滑、非光滑加涡流喷射三种模型的三维流场数值模拟,得到不同尾部形态模型的气流速度、压力以及湍动能等参数,对比不同风速下不同模型气动阻力系数的差异以及不同喷射速度下的减阻效果,分析模型尾部流场参数的变化,阐述了非光滑形态车身气动减阻机理以及涡流喷射扰动效应。研究结果表明：通过对非光滑形态被动减阻与涡流喷射主动减阻的优化组合,能有效地减少不同风速下直背式MIRA模型的气动阻力。     

多孔射流式通风的流场特性分析

为了分析多孔射流风机作用下风场的流场特性,文中采用CFD方法,对多孔射流式风场模型内部流场进行了数值模拟,对比分析了不同喷嘴数量及排布方式对流场性能的影响,并引入涡动力学理论,分析了流场内涡结构的分布发展规律及其对流体掺混的影响。结果表明：喷嘴的数量及排布方式对流场性能有显著影响,外围喷嘴会对中心喷嘴的流动起到限制作用;流向涡对流体掺混效果的作用比展向涡大,在涡量一定的情况下,流向涡尺度越大、衰减越快,流体间的混合效果越好,流场稳定性越高。流场内速度及涡动力学分布表明,流场稳定性随着喷嘴数量的增加而显著提高,因此在保证经济性的前提下应尽量采用数量多的喷嘴排布方式。     

SIMULATION OF FLUID FLOW IN CHANNEL OF A NOVEL HYDRAULIC SHOCK GENERATOR

0INTRODUCTIONA novel hydraulic shock generator (SHG) based on the principle of water hammers has been recently developed. The experimental investigation［1］ shows that SHG could generate intense periodic shocks demanded by several construction machines. However the engineering applications of SHG are limited by its life span. For the further improvement of its capability, the flow patterns inside its complex passages have been investigated.The flow visualizations in the complex geome…     

组合涡发生器在螺旋板式换热器上的强化传热研究

在螺旋板式换热器螺旋通道内设置三角翼和椭圆柱组合涡发生器,利用流体计算软件Fluent进行三维数值模拟。研究了Re为4000～7000内组合涡发生器对通道平均Nu和平均阻力系数f的影响,并应用场协同原理进行了分析。与只加装椭圆柱涡发生器的螺旋板式换热器进行对比,结果表明,纵向涡发生器产生的二次流能改善螺旋通道内的速度场与温度场的协同性,起到强化换热作用。在正三角形排列方式下,组合涡发生器通道的平均Nu比椭圆柱涡发生器的平均Nu增大8.7%,阻力因子f减小23.7%,强化换热的效果较好。     

倒角阀座式水压锥阀空化射流动态行为数值模拟

使用可压缩的VOF空化两相流算法对倒角型阀座水压锥阀的空化射流进行了三维瞬态流场仿真。模拟结果揭示,空化结构首先在狭窄的倒角阀座流道内以附着空化的形式出现;在压差为4.4 MPa的工况条件下,空化分布集中在3个区域,阀座流道内及阀芯后沿的附着型空化,阀座流道至阀芯后沿的漩涡空化。射流势核在阀座流道入口及阀芯后沿均有分离流现象,从而诱发附着型空化;而大尺寸漩涡结构主要分布于射流势核的自由剪切层侧,漩涡空化亦相应地集中在自由剪切层侧,壁面侧偶发性形成薄层型漩涡空化。由于整体的空化行为涉及多个不同类型空化的耦合,其动态演变的周期特性受到干扰。阀座流道后部的脱落空化伴有明显的三维漩涡结构,阀芯后沿的漩涡空化与附着空化通过耦合作用形成大尺寸汽泡结构,揭示了后沿下游稀疏分布的大尺寸空化结构的产生过程。通过开展三维瞬态模拟,结合流场结构探索了空化射流的动态特性,从流体力学的层面解释了实验观测到的空化形态及分布规律。     

半椭圆涡流发生器强化换热机理

对单列及双列方式排列的一种斜截半椭圆柱体涡流发生器,以稳态的气、水逆流换热方式为模型,用数值方法模拟了迎流攻角为0°～90°,雷诺数6 000～48 000范围内的传热特性。结果表明:涡流发生器可以诱导纵向涡与流向涡,起到强化传热的作用,纵向涡在强化传热中起主要作用。