风力机叶片上涡流发生器参数化模型应用方法研究

为提高涡流发生器（VG）参数化模型计算精度,对参数化模型的应用方法进行研究。首先提出参数化模型在计算域作为源项而添加的位置和涡核半径取值方法。然后,采用考虑VG叶片间影响的最大涡环量算法,基于DU91-W2-250叶段,从不同VG间距、VG入流角、翼型攻角来比对参数化模型和实体模型的计算结果,来验证应用上述方法的可行性。结果表明：参数化模型、实体模型与试验数据吻合良好,证明了两种模拟方法精度较高;此外,在不同工况下,两种模型得到的速度矢量和边界层速度型都具有较高的一致性,证明参数化模拟方法有效,且在风力机叶片上具有普适性。     

涡流发生器安装参数对风力机翼段动态失速影响

基于k-ωSST湍流模型,对安装不同间距z和安装角α_vg涡流发生器(VGs)的DU91-W2-250风力机翼段的动态失速过程进行数值研究。翼段做典型的正弦俯仰振荡运动,探究该过程中VGs安装参数对风力机翼段流动控制效果的影响。研究结果表明：改变z对气动影响非常小,改变α_vg的影响较大;当z=6～8 mm,α_vg=13.4°～16.4°时VGs改善翼段气动性能的效果较好;流向涡强度是影响VGs流动控制效果的一个主要因素。     

涡流发生器参数化模型风力机叶段表面应用方法研究

涡流发生器(Vortex generators,VGs)参数化模型可以有效提高加VGs风力机叶片的数值模拟效率。目前VGs参数化模型存在精度低，适用性差等问题。为了提高VGs参数化模型在叶段上的应用精度，提出了VGs参数化模型的应用方法，如源项添加方法、位置及源项区域网格。基于阵列式VGs参数化模型、Lamb-Oseen涡模型和上述应用方法，以加VGs的DU91-W2-250叶段为研究对象，进行模拟研究。参数化模拟数据与VGs实体模型、文献试验结果进行了对比验证，结果显示三者吻合良好，证明了模拟方法有效性和数据可信性。在不同来流风速和来流攻角下，对用参数化建模和实体建模的数值结果进行对比分析，来验证模拟方法对运行工况的普适性。研究结果表明：两种模型计算得到的涡结构和压力系数分布，在整体上都具有较高的一致性，且受来流功角和来流风速影响较小，证明参数化模型有较高的精度和普适性，可以代替实体模型在风力机叶段上应用。     

涡流发生器形状对DU91-W2-250翼型动态失速的影响机理分析

以DU91-W2-250翼段为研究对象,分析不同形状涡流发生器（VGs）对动态失速的影响规律。结果表明：改变VGs形状参数对增升效果影响较大,对减阻效果影响较小,矩形VGs增升减阻效果更佳。从作用机理看,影响流动控制的主要是VGs流向涡涡流强度。矩形VGs气动性能提升效果明显最佳。矩形VGs流向涡在x/c=0.30~0.50范围内边界层内外流动掺混剧烈,抑制流动分离效果更佳。     

涡流发生器弦向位置对翼型动态失速的影响机理

采用k-ω SST湍流模型,研究加三角翼涡流发生器（VGs）的DU91-W2-250翼段的动态失速过程,从升阻力系数、表面压力系数、流场、VGs脱落涡发展过程等方面,分析VGs弦向位置（x/c）对动态失速抑制作用的影响规律。结果表明x/c对翼型动态失速过程中的增升效果影响较大,VGs增大了翼型的失速攻角。升阻力及压力结果显示,x/c=0.25时增升效果最佳,翼段上表面压力系数Cp较大;x/c=0.20~0.25时尾缘附着流动较好;从涡量峰值变化看,x/c过大、过小时对分离涡的抑制作用有所减弱;从VGs脱落涡的变化看,x/c=0.20~0.25时VGs下游脱落涡强相对较大,旋涡耗散速度较慢。总而言之,VGs在x/c=0.20~0.25时对翼段气动性能提升效果最佳。     

尾随涡对风力机叶片气动性能影响机理研究

以Phase Ⅵ风力机叶片为研究对象,以r/R=30%、63%和95%处叶素为参考,建立与7、9、15 m/s试验风速下该风力机叶片附着涡环量沿展向分布相同的叶片模型,分析尾随涡对风力机当地翼型气动性能的影响机理。采用带转捩效应的SST k-ω湍流模型,对所建立的叶片模型和二维S809翼型的气动特性进行研究和对比分析。结果表明：旋转叶片尾随涡对分离现象产生抑制作用且随攻角的增大减弱;尾随涡的影响表现出多重效应,除了减小当地翼型的攻角,还降低其吸力面负压系数和压力面正压系数。     

振荡参数对涡流发生器抑制风力机翼型动态失速影响研究

动态失速对风力机叶片气动特性具有重要影响,涡流发生器(Vortex generators, VGs)是目前风力机领域应用最为广泛的流动控制技术,对动态分离具有一定的抑制作用。为探索VGs对风力机翼型动态失速的抑制作用,采用SSTk-ω湍流模型,研究振幅Δα、折合频率k对加VGs的DU91-W2-250翼段动态失速特性的影响。结果表明：振幅增大,动态失速迟滞效应增强,失速角延后,最大升力系数增加,下俯阶段的升力系数减小,平均升力系数降低。折合频率较大时,阻力系数迟滞效应增强,上仰阶段阻力增大,下俯阶段阻力减小,平均升阻力系数随折合频率增大先增大后减小;折合频率越大的工况,流场动态响应明显,加VGs翼段失速严重。与光滑翼段相比较,VGs延迟动态失速效果与振幅成正比,与折合频率成负相关。     

摇摆式垂直轴风力机气动特性数值模拟

针对垂直轴风力机无需对风,湍流风风向不断变化的情况,提出转轮轴向力随风向摇摆的垂直轴风力机,利用摇摆产生的切向风和来流风共同作用下的风能,提高气动性能。采用RNG k-ε湍流模型对三叶片摇摆式风力机进行模拟,研究风向变化的周期、幅角以及摇摆迟滞时间对固定式和摇摆式垂直轴风力机力矩系数的影响规律。结果表明：与固定式垂直轴风力机相比,该摇摆式垂直轴风力机能有效改善部分方位角的力矩系数,增大风力机的输出功率。     

纵荡运动对风力机翼型动态失速特性影响研究

采用带转捩SST k-ω湍流模型，以S809翼型为研究对象，探讨纵荡运动方向、频率、幅度对复合运动（俯仰+纵荡）下动态失速的影响规律。结果表明：纵荡频率增加，迎风下的翼型湍动能增强，边界层流体的能量提高、扰动程度加深，使得翼型升力提高的同时提前失速；高纵荡频率工况下，迎风下的前缘涡强度高且覆盖范围广，加速了涡的脱落。顺风条件下，纵荡削弱了前缘涡的诱导效应，有效缩小尾缘涡的拓扑结构。随着纵荡幅度增大，翼型升阻力系数的响应幅值显著增加，尤其是在翼型迎风状态下的上仰阶段。研究揭示了纵荡运动对翼型动态失速的影响规律，对准确认识和评估漂浮式风力机气动性能具有重要意义。