涡流发生器对风力机翼型气动特性的影响

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涡流发生器(Vortex Generators,简称VGs),作为一种常用而有效的流动控制方法之一,已被成功用于改善风力机叶片的气动性能,延迟气流分离,提高升阻比。为了深入了解VGs增升减阻的特性,本文探讨了VGs不同安装位置、不同形状对风力机专用翼型的影响,为基于VGs的翼型/机翼表面扰流控制提供有益的参考。  首先,对装与不装VGs的翼型采用了Spalart-Allmaras,RNG k-ε, Realizable k-ε, SST k-ω和RSM湍流模型进行了数值模拟。通过与试验数据的比较表明,所有湍流模型的气动特性曲线与实验曲线是基本一致的,能够验证计算模型的可靠性。  其次,在算例验证的基础上,研究了VGs安装在翼型弦向位置为10%c,20%c,30%c和40%c处对翼型气动特性以及翼型流场特征的影响。结果显示,在大攻角下,不同安装位置下VGs都具有增升减阻的特性。其中,控制效果最好的是VGs安装在30%C处。  最后,在基于算例验证以及找到的较优的位置的基础上,研究了正三角形VGs、反三角形VGs、矩形VGs和波状VGs对翼型气动特性的影响,充分证明了利用座头鲸波状胸鳍设计的仿生波状VGs可以较好的改善翼型的气动特性;同时,也详细地分析了不同形状VGs对翼型流场特性的影响。结果表明,波状和矩形VGs对翼型边界层内流体的压力强度影响程度较大,矩形 VGs的诱导涡对翼型段流场分布涡量的影响较大。
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