超临界机翼表面涡流发生器影响研究

基于CFD的超临界翼型气动特性数值模拟

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基于悦云阅的超临界翼型气动特性数值模拟

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渊员援上海理工大学能源与动力工程学院袁上海市动力工程多相流动与传热重点实验室袁上海摇圆园园园怨猿曰圆援中电投珠海横琴热电有限公司袁广东摇珠海摇缘员怨园猿员冤

摘摇要院为了研究超临界翼型在跨音速叶轮领域的应用袁对超临界翼型进行气动特性分析遥本

文以超临界翼型杂悦渊圆冤原园苑员圆为研究对象袁使用陨悦耘酝软件对其进行网格划分袁在云蕴哉耘晕栽中选择杂杂栽噪原棕湍流模型袁模拟研究了该翼型在不同马赫数和攻角条件下的升阻比变化规律袁并分析了

攻角变化对翼型激波位置和激波强度的影响遥结果表明院对于超临界翼型杂悦渊圆冤原园苑员圆袁其升力系

数随着攻角的增大先上升后下降袁约在怨毅耀员圆毅攻角范围内出现峰值曰阻力系数均随攻角的增大而

增大袁并呈近似线性变化曰升阻比随着攻角增大而减小袁并在远毅攻角之后趋于平坦曰攻角的变化对激波位置和强度有显著影响袁且攻角越大袁激波越靠近前缘袁激波强度也越大遥为超临界翼型在跨

音速叶轮领域的应用提供理论支持遥关键词院超临界翼型曰跨音速涡轮曰气动特性曰数值模拟曰激波位置曰激波强度

中图分类号院栽运园员员摇摇文献标识码院粤摇摇文章编号院员园园圆原远猿猿怨渊圆园员愿冤园缘原园猿愿苑原园源

收稿日期摇圆园员愿原园员原圆猿摇摇修订稿日期摇圆园员愿原园猿原圆愿基金项目院上海市科委科研计划项目资助渊员猿阅在圆圆远园怨园园冤作者简介院麻晓慧渊员怨怨园耀冤袁女袁硕士研究生袁研究方向院流体机械跨音速涡轮气动分析遥晕怎皂藻则蚤糟葬造杂蚤皂怎造葬贼蚤燥灶燥枣粤藻则燥凿赠灶葬皂蚤糟悦澡葬则葬糟贼藻则蚤泽贼蚤糟泽

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超临界翼型

什么是超临界翼型？

2010-9-26 10:21:37 │ 来源：中国数字科技馆

超临界翼型是一种为提高临界马赫数而采取的特殊翼型，能够使机翼

在接近音速时阻力剧增的现象推迟发生。当气流绕过普通翼型前缘时，上

表面流速增加较快。当飞行速度接近高亚音速时，翼型上表面的局部流速

可以达到音速。这时的飞行马赫数成为临界马赫数。当飞行速度继续增

加，就会遇到强烈的激波阻力。这时如果继续增加速度，发动机的功率会

被大量消耗，甚至会发生飞行事故。因此，提高飞行速度就需要提高机翼

的临界马赫数。

1967年，美国著名航空科学家惠特科姆提出超临界翼型。与普通翼型

相比，超临界翼型的特点是前缘钝圆，上表面平坦，下表面在后缘处有反

凹，且后缘较薄并向下弯曲。1969年美国人科恩运用理论方法设计出超临

界翼型，在巡航状态下上表面大部分区域为超音速区。20世纪70年代的几

次飞机试验表明，这种机翼非常成功，逐渐被跨音速飞机所采用，广泛用

于大型民航机上和一些战斗机上。超临界翼型有利于防止出现激波和减小

附面层分离的程度，进而提高临界马赫数。它还有利于减轻飞机的结构重

量，同时改善低速飞行的性能。但它由于上表面平坦，在减缓气流加速的

同时，也会减小升力，为克服这一缺点，可增加下翼面后缘部分的弯曲来

弥补升力的不足。

超临界翼型

科技名词定义

中文名称：

超临界翼型

英文名称：

supercritical aerofoil profile

定义：

一种上翼面中部比较平坦，下翼面后部向里凹的翼型，在超过临界M数飞行

时，虽有激波但很弱，接近无激波状态，故称超临界翼型。

所属学科：

航空科技（一级学科）；飞行原理（二级学科）

本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布

超临界翼型（Supercritical airfoil）是一种高性能的超音速翼型。它是由美

国国家航空航天局（NASA）兰利研究中心的理查德.惠特科姆（Richard

T.Whitcomb 1921-）在1967年提出的。这种翼型属于双凸翼型的一种，但样子

涡产生器倾角对换热器内流动与换热特性的影响

摘要：涡产生器是一种常用于换热设备中的增强换热效果的装置。本文通过数值模拟研究涡产生器倾角对内流动与换热特性的影响。研究结果表明，涡产生器的倾角对内流动的剪切层和涡量分布产生显著影响，而且对流换热系数随倾角的变化呈现出不同的趋势。

1.引言

在工业领域中，换热器广泛应用于加热、冷却和节能等领域。为了提高换热器的效率，减少设备占地面积和投资成本，研究人员提出了许多增强换热效果的方法。涡产生器就是其中之一，它能够增大壁面与流体之间的表面积，提高传热和传质效果。

2.涡产生器的工作原理与参数

涡产生器是一种通过改变流体流动方向或速度来增强换热效果的装置。涡产生器通常由一系列的圆柱体组成，这些圆柱体可通过改变其排列方式、大小和倾角来实现不同的作用。

3.数值模拟方法

本文使用计算流体力学（CFD）软件对涡产生器倾角对换热器内流动与换热特性的影响进行数值模拟研究。在建立模型时，采用三维计算区域，应用标准的k-ε湍流模型和第二类壁函数，设置边界条件，对流动和传热过程进行模拟。

4.涡产生器倾角对内流动特性的影响

通过数值模拟得到了涡产生器内的流场速度分布和剪切层厚度等参数。结果表明，涡产生器的倾角对内流动的剪切层和涡量分布产生明显的影响。随着倾角的增大，剪切层的厚度减小，涡量的大小也减小。 5.涡产生器倾角对换热特性的影响

通过计算得到了涡产生器内的平均对流换热系数，并与实验结果进行对比。研究结果表明，涡产生器的倾角对流动与传热有显著的影响。当倾角较小时，对流换热系数随倾角的增大而增加；当倾角较大时，对流换热系数反而下降。这是因为倾角的变化导致了流动的剪切行为和涡量产生的变化。

6.结论

本文通过数值模拟研究了涡产生器倾角对换热器内流动与换热特性的影响。结果表明，涡产生器的倾角对内流动的剪切层和涡量分布产生显著影响，而且对流换热系数随倾角的变化呈现出不同的趋势。这些研究结果对于设计和优化涡产生器换热器具有重要的指导意义。

转捩对某民机超临界机翼影响的数值模拟研究

李鹏飞;冷智辉;魏闯;任园军;梁斌

【期刊名称】《空气动力学学报》

【年(卷),期】2018(036)002

【摘要】基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程耦合eN-Database转捩预测方法,对某超临界机翼风洞试验条件下自由转捩和固定转捩流动特性进行数值模拟,研究转捩对其气动性能的影响.计算结果和试验结果对比验证了本文计算方法的可靠性.计算表明:相同迎角下,机翼转捩位置前移,激波位置随之前移,超声速面积减小,机翼升力系数因而减小;Ma =0.8自由转捩时,在迎角0°～1°之间,机翼剖面上翼面压力分布由较为平坦变为尖峰型,造成转捩位置急剧前移,是小迎角升力线丧失线性的主要原因.

【总页数】5页(P334-338)

【作者】李鹏飞;冷智辉;魏闯;任园军;梁斌

【作者单位】中国航空工业洪都航空工业集团飞机设计研究所,江西南昌 330024;中国航空工业洪都航空工业集团飞机设计研究所,江西南昌 330024;中国航空工业空气动力研究院高速高雷诺数重点实验室,辽宁沈阳 110034;中国航空工业空气动力研究院高速高雷诺数重点实验室,辽宁沈阳 110034;中国航空工业洪都航空工业集团飞机设计研究所,江西南昌 330024

【正文语种】中文

【中图分类】V211.3 【相关文献】

1.某超临界机翼风洞模型转捩方式研究 [J], 魏文建

2.转捩对超临界机翼压力分布的影响分析 [J], 陈迎春;司江涛;韩先锂;魏剑龙

3.转捩对超临界机翼压力分布的影响分析 [J], 司江涛;魏剑龙;韩先锂

4.超临界机翼民机全模腹撑干扰数值模拟研究 [J], 赵振山

5.考虑转捩影响的潮流能水轮机翼型水动力学性能数值模拟 [J], 袁鹏; 陈超; 王树杰; 谭俊哲; 司先才

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超临界雷诺数下旋转圆柱绕流的三维大涡

超临界雷诺数是指雷诺数大到足以引起流域渐进饱和形态的变化，同时又不足以引起湍流的不稳定涡流。在超临界雷诺数下，流场的涡结构与传统的湍流涡结构有所区别。旋转圆柱绕流是一种典型的流固耦合问题，其流动的结构复杂，涡的产生机制与控制一直是研究的热点和难点。本文将探讨在超临界雷诺数下，旋转圆柱绕流形成的三维大涡的形态、演化、分析及其对控制和设计的启示。

1. 介绍

旋转圆柱绕流是一种旋转圆柱所引起的流体旋转涡流，是流-固耦合问题的经典案例之一。该问题的研究历史悠久，有大量文献关于其二维与三维的流动特性和涡结构的研究。然而，在超临界雷诺数下，流场涡结构发生了根本性的改变。在这种情况下，旋转圆柱绕流形成的三维大涡的演化规律、空间结构与径向分布、能量传输特性等方面的研究均尚未深入。

本文将通过模拟和分析的方法研究超临界雷诺数下旋转圆柱绕流的三维大涡。首先，我们将简要介绍旋转圆柱绕流的二维和三维涡结构特征。然后，我们将介绍计算方法和模型设置。接着，将分析超临界雷诺数下旋转圆柱绕流的三维大涡的演化规律、空间分布、径向分布和能量传输特性。最后，我们将探讨三维大涡对控制和设计的启示。

2. 二维和三维涡结构特征

旋转圆柱绕流是一种二维和三维复杂流动。在二维情况下，旋转圆柱会形成一系列涡街，包括交替旋转的旋涡和反旋涡。当旋转速度逐渐增加，交替的旋涡和反旋涡会发生复杂的相互作用和变形，形成流场中的不稳定涡流，这种涡流被称为卡门涡。在三维情况下，旋转圆柱绕流的涡结构复杂多变，包括涡漩、脱扣现象、长时间的涡动力学等复杂现象。在超临界雷诺数下，旋转圆柱绕流的涡结构更加复杂，主要表现为三维大涡的形成。

3. 计算方法和模型设置

为了得到旋转圆柱绕流的三维大涡，本文采用基于计算流体动力学（CFD）的数值模拟方法。我们使用商用的CFD软件FLUENT进行计算，采用三维瞬态的navier-stokes方程和标准的k-epsilon湍流模型。计算流体域（Computational fluid

研究涡流、边条翼、鸭翼、主翼、升力体(更新版)

最新：原文链接:/viewthread.php?tid=1062971&extra=&page=1

涡流、边条翼、鸭翼、主翼、升力体（机头涡,鸭翼涡,边条涡,主翼,升力体）

涡升力的应用水平的为三个阶段。

第一个阶段以F-15为典型，这种早期的三代机并没有涡流发生器，没有应用涡升力，静稳定布局，控制增稳；

第二个阶段是F-16和苏-27，以小边条作为涡流发生器是其共有的特征，并开始放宽静稳定度，模拟电传足以满足控制需求；

第三个阶段，一方面是使用大边条的F/-18E/F和我国的FC-1，另一方面是使用可动鸭翼的欧洲台风，阵风，鹰狮和我国的歼-10，这个阶段的战斗机都已经采用高度静不稳定设计，模拟电传已经不能满足需求，数字电传成为标准配置。

第四个阶段：J-20，鸭式布局+边条翼+升力体机体。

看图说话，欢迎讨论

F-15发动机好，牛劲大，典型静布局，大迎角，高速也没有个小涡涡。

F-15 边条翼的大黄蜂。

边条翼激发涡流好坏两个要求，一个长，一个不能散

大黄蜂效果图

大黄蜂试验机

F-16就要比大黄蜂差点

小小的一点涡流在机翼根部，但是比F-15要牛逼很多

F-16的气动，在当时很牛逼的，可以说，从气动上说，战隼是真的三代机。

苏-27的气动比F-16还好，所以侧卫比鹰好看，很多中国人有侧卫情节

F16

Su-27系列

大黄蜂由于是舰载机，很重视升力，升力不够就掉海

也是第一个采用边条翼的飞机，涡流强劲，增升明显。

米格-29K，为了上航母，在以前和F-16类似的机翼处理基础上，加力一个小边条条，在起飞的时候利用涡流增加升力，在降落以后就收起来了。

大家可以找一个地面上的米格-29K找别扭啊。

超级虫子是重新设计的大黄蜂，完全的新一代飞机，但是边条翼没有放弃，而且加大了。

澳大利亚的超级虫子在训练的时候拉出的涡流很吓人，当然有天气的原因，但是超级虫子的气动还是不错的。

涡流发生器在风力发电机组叶片上的应用

第45卷第9期

2018年9月天津科技

TIANJIN SCIENCE & TECHNOLOGY Vol.45 No.9

Sep. 2018

收稿日期：2018-08-07

应用技术

涡流发生器在风力发电机组叶片上的应用

吴映芳，赵春妮，张立新，朱英伟

(中科国风科技有限公司天津300456)

摘要：涡流发生器由于其能够产生强度较高的叶尖涡，有助于改善翼型的气动性能，在航空界已经被广泛应用。

随着人们对风力发电的深入研究，涡流发生器在风电叶片上的使用探索也已经被业界逐步重视起来。通过对相关数

据的计算与研究，确认要使叶片年发电有2%左右的提升，不仅与涡流发生器的几何形状、分布密度、安装位置等

参数相关，还与叶片本身的气动性能相关。通过研究与分析，发现不同外形设计的叶片对涡流发生器的具体需求有

所不同，其增功效果也有一定的差异。

关键词：涡流发生器功率特性年发电量

中图分类号：TK83 文献标志码：A 文章编号：1006-8945(2018)09-0080-04

Application of Vortex Generator to Wind Turbine Blade

WU Yingfang，ZHAO Chunni，ZHANG Lixin，ZHU Yingwei

(National Wind Energy Science & Technology Co.，Ltd.，Tianjin 300456，China) Abstract：The vortex generator has been widely used in aviation industry as it can produce high intensity tip vortex，which

is helpful to improve the aerodynamic performance of airfoil. With the in-depth study of wind power，the exploration of the

控制超临界翼型边界层分离的微型涡流发生器数值模拟

石清;李桦

【摘要】本文基于任意曲线坐标系下的雷诺平均Navier-Stokes方程和Spalat-Allmaras一方程湍流模型,采用对接拼接网格技术和多重网格加速收敛技术,对安装有叶片式微型涡流发生器的超临界机翼翼身组合体进行了数值模拟,研究了微型涡流发生器的高度和弦向安装位置对超临界机翼附面层流动控制的机理以及对超临界机翼气动性能的影响规律.%In this paper, the main contents are focused on

flow control mechanism of micro-vortex generators and aerodynamic

performance of supercritical wing. To simulate the aerodynamic

characteristics of supercritical wing using micro-vortex generators, based

on the RANS equations and SA turbulent model, the numerical methods

are adopted including cross-grid technology and multi-grid method.

Effectiveness of micro-vortex generators heights and positions on flow

control mechanism and aerodynamic performance of supercritical wing are

investigated.

【期刊名称】《空气动力学学报》

【年(卷),期】2011(029)004

【总页数】4页(P508-511)

【关键词】微型涡流发生器;超临界机翼;流动控制;数值模拟

涡发生器对风力机翼型绕流场的影响研究

第３６卷第２期　华北水利水电大学学报（自然科学版）　Ｖｏ１．３６　Ｎｏ．２　２０１５年４月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎｏｒｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ａｐｒ．２０１５　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—５６３４．２０１５．０２．０１３　涡发生器对风力机翼型绕流场的影响研究　胡　昊　，李新凯　（１．华北水利水电大学电力学院，河南郑州４５００４５；　２．华北电力大学电站设备状态检测与控制教育部重点实验室，北京１０２２０６）　摘要：为了研究涡发生器对风力机专用翼型气动性能的影响，采用数值模拟的方法对带涡发生器风力机的翼型　进行了数值计算．首先对具有试验数据的带涡发生器翼型进行了数值计算，验证了计算方法的可行性；然　后采用该计算设置对所要研究的风力机翼型在多个攻角下的情况进行了计算．结果表明：在小攻角下当翼　型未发生流动分离时，涡发生器可能使翼型升阻比降低；当攻角增大，翼型发生流动分离时，涡发生器可以　有效推迟流动分离，增大失速攻角，提高升阻比．　关键词：涡发生器；风力机；翼型；绕流场　中图分类号：ＴＫ８３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２—５６３４（２０１５）０２—００５８—０５　随着人类对清洁能源的迫切需求，风力发电、水　力发电¨　及光伏发电　正逐步成为新能源中的主　要组成部分．随着风力机的大型化发展，叶片长度越　来越长，为满足强度要求，叶片根部往往采用大厚度　翼型，由于叶根扭角的限制，其翼型的实际工作攻角　偏大．在运行工况下，风力机叶片根部会发生较大的　流动分离，若叶片发生流动分离将严重影响风力机　风轮对风能的捕获功率．所以抑制叶根处流动分离　是提高风力机气动功率的有效手段．　涡发生器（Ｖｏｒｔｅｘ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ，ＶＧｓ）属于被动流　动控制，能有效抑制边界层的流动分离　．涡发生　器通过产生近似的流向涡将边界层外的高能流体卷　入边界层底层从而达到抑制边界层分离的目的，是　流动控制中的研究热点　一１０］．Ｂｏｎｓ等　于１９９９—　２００１年研究了在涡轮叶片表面应用小孔稳态射流　和脉冲射流进行流动控制，研究结果表明，流动控制　能够有效地控制叶片表面边界层的分离流动．国内　清华大学金琰和袁新　通过数值模拟的方法研究　了在翼型背部加入射流从而达到减小翼型颤振的　目的．　目前，研究ＶＧｓ对风力机专用翼型绕流场影响　的成果还较少．因此，研究涡发生器对翼型绕流特性　的影响，为改进风力机的流动控制提供依据，此研究　具有重要的实际意义．文中采用数值模拟的方法，研　究了三角形涡发生器对风力机专用翼型气动特性的　影响．　１　模拟计算　１．１几何模型　文中的翼型为风力机专用翼型，相对厚度　２１％，计算模型弦长０．６　ｍ，展长０．２５ｃ（Ｃ为模型弦　长，ｍ），如图１所示．计算验证模型的相对厚度　３０％，计算模型弦长０．６　ｍ，展长０．２５ｃ，如图２所　示．涡发生器几何参数及排列方式如图３所示，展向　布置４对ＶＧｓ，安装于距前缘０．２ｃ处．　图１计算模型　收稿日期：２０１４—１１—１９　基金项目：河南省重点科技攻关计划项目（１４２１０２２１００５９）．　作者简介：胡吴（１９７９一），男，河南南阳人，讲师，博士研究生，主要从事风力机气动分析及流体机械方面的研究　李新凯（１９８４一），男，河北保定人，讲师，博士研究生，

涡流发生器对风力机翼型气动特性的影响研究

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涡流发生器对风力机翼型气动特性的影响研究

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渊员援西安理工大学袁陕西西安苑员园园源愿曰圆援中国质量认证中心袁北京员园园园苑园曰猿援北京金风科创风电设备有限公司袁北京员园园员苑远冤

摘要院涡流发生器作为一种有效的流动控制方法之一袁已被成功应用于改善风电叶片的气动

特性袁众多研究表明袁涡流发生器的使用可以有效延迟气流分离袁提高升阻比遥为了深入了解加装

涡流发生器的增升减阻特性袁本文以晕粤悦粤远猿原源员缘翼型为研究对象袁通过数值模拟方法研究分析

了不同形状尧不同弦向安装位置和多个攻角下涡流发生器对风力机叶片气动特性的影响袁结果表

明院在不同形状尧不同安装位置及攻角下涡流发生器均可有效抑制风力机叶片边界层分离尧提高升

阻比袁其中圆园豫翼型弦向处安装的涡流发生器增升减阻效果最好遥关键词院风力机曰翼型曰涡流发生器曰气动性能曰增升减阻

中图分类号院栽运愿怨文献标识码院粤文章编号院员园园圆原远猿猿怨渊圆园员怨冤园源原园圆怨远原园苑

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