冲压涡轮进气段气动性能研究及风力机二维翼型数值模拟

论文摘要

本文以某型空气冲压涡轮进气段为主要研究对象,首先通过数值模拟,分析该进气段在不同工作状态下的气动性能。其后,针对性能摸底计算结果,本着对原几何模型不做较大改变的原则下,通过在原几何模型上加开附面层吸除缝抑制通道内的流动分离,提高该进气段的气动性能。研究结果表明:该进气段能在计算的各个状态点满足其后冲压涡轮的正常工作要求。同时通过对该进气段的总体性能计算发现,由于该进气段特殊的大转角几何结构导致内侧通道的流动分离较大,这对其气动性能有一定的影响。对原几何模型加开附面层吸除缝后,在一定程度上抑制了通道内大范围的流动分离,从而改善了该进气段的流动状况,达到了提高该进气段气动性能的目的。本文的第六章对风力机二维翼型气动性能进行数值模拟。作为可再生能源形式的风力发电,清洁无污染,近年受到世界各国的欢迎和重视。提高风力机翼型气动性能是发展大型风力发电设备的重要要求。本文通过选定不同的湍流模型,计算了该二维翼型从-2.23°到90°多个来流攻角下的气动特性和流场情况。通过对比、分析发现:流动未发生分离时,不同的湍流模型计算结果基本相同,并且计算值和实验值吻合较好。当攻角逐渐增加到12°左右时,翼型吸力面尾缘发生分离,并且随着攻角的增加,分离的情况越来越严重,到攻角增加到45°后,升力系数开始逐渐减小,阻力系数明显增大。而此时的计算结果和实验结果相比差距较大,相比之下k-ωLow Re L-S湍流模型比Spalart-Allmaras湍流模型的计算结果与实验值更为接近。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和研究目的
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究目的
• 1.2 研究内容和研究方法
• 1.2.1 研究内容
• 1.2.2 研究方法
• 1.3 国内外研究的技术现状
• 1.3.1 空中加油技术
• 1.3.2 加油吊舱及冲压涡轮技术
• 第二章 进气段结构特点及特性参数分析
• 2.1 进气段结构特点
• 2.2 进气段测绘及分析
• 2.3 进气段特性参数分析
• 2.3.1 衡量进气段气动性能的指标
• 2.3.2 气动性能的研究方法
• 第三章 进气段计算模型的建立
• 3.1 计算软件NUMECA 的介绍
• 3.1.1 控制方程
• 3.1.2 离散格式
• 3.1.3 湍流模型
• 3.2 几何模型的建立
• 3.3 网格划分方法及边界条件设定
• 3.3.1 网格划分方法
• 3.3.2 边界条件设定
• 第四章 进气段的气动特性分析
• 4.1 两个几何模型的计算结果比较
• 4.2 三维流场计算
• 4.2.1 性能参数分析
• 4.2.2 流场特性分析
• 第五章 附面层吸除对气动性能的影响
• 5.1 附面层控制理论和附面层控制方法
• 5.1.1 附面层控制理论
• 5.1.2 附面层控制方法
• 5.2 进气段的开缝方式
• 5.2.1 法向开缝的开缝方式
• 5.2.2 切向开缝的开缝方式
• 5.3 开缝计算的结果分析
• 5.3.1 法向开缝计算结果分析
• 5.3.2 切向开缝计算结果分析
• 第六章 风力机二维翼型流场数值模拟
• 6.1 概述
• 6.1.1 风力发电发展简介
• 6.1.2 风力机简介及发展中需要解决的问题
• 6.2 CFD 方法对风力机气动性能研究
• 6.2.1 风力机CFD 气动性能计算存在的主要问题
• 6.2.2 课题主要的CFD 数值计算内容
• 6.3 计算模型的建立
• 6.3.1 几何模型及网格划分
• 6.3.2 数学模型
• 6.3.3 初边值条件
• 6.4 计算结果处理及分析
• 6.4.1 升力系数和阻力系数
• 6.4.2 流场分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文