涡流发生器对风力机翼型气动特性的影响

摘要

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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第1章 绪 论

1.1 研究背景和选题依据

1.2 本文的研究内容

第2章 理论基础

2.1 边界层的概念:

2.2 边界层分离的基本特性

2.3 涡流发生器的基本原理

2.4 有限体积法简述

2.5 本章小结

第3章 多个湍流模型下的VGs数值模拟

3.1 数值模拟方法

3.2 算例验证

3.3 VGs抑制边界层分离的流动机理

3.4 本章小结

第4章 VGs在不同安装位置下对翼型的影响

4.1 几何模型

4.2 对翼型气动特性的影响

4.3 对表面摩擦力系数的影响

4.4 对流线图的影响

4.5 本章小结

第5章 不同形状的VGs对翼型的影响

5.1 几何模型

5.2 对升阻力特性的影响

5.3 对翼型载荷分布的影响

5.4 对诱导涡流场分布的影响

5.5 对等值涡量图的影响

5.6 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2展望

参考文献

致谢

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