风力机叶片翼型气动特性数值模拟

针对NACA63-215翼型绕流流动建立了二维可压缩湍流模型,利用商业软件NU-MECA进行了相应的数值模拟计算.湍流粘度分别采用基于RANS的Spalart-Allmaras和Baldwin-Lomax两种湍流模型来处理,得出了雷诺数为3×106时,翼型NACA63-215的升力系数和阻力系数随来流攻角的变化关系及压力分布图,并与试验数据进行对比.研究结果表明:Spalart-All-maras湍流模型比Baldwin-Lomax湍流模型在预测翼型失速后气动性能方面更加有效,Spalart-Allmaras湍流模型在大攻角下较易收敛且计算出的翼型气动性能与试验值更接近.     

涡流发生器安装间距对翼型水动力性能的影响

为研究涡流发生器安装间距对翼型水动力性能的影响，以NACA0018翼型为研究对象，基于计算流体动力学软件STAR-CCM+，采用SST k-ω湍流模型，研究涡流发生器在不同安装间距下对翼型在失速过程中的流动控制效果和激涡质量的影响。结果表明：在翼型失速之前，涡流发生器对翼型的水动力性能的影响不大；在翼型失速之后，涡流发生器在任意安装间距下均能抑制翼型表面的流动分离，增大翼型的升力系数，最大可增大16.7%。涡流发生器的安装间距会对其工作效果产生影响，存在最佳安装间距，且间距过大或过小都会影响涡流发生器的激涡质量，从而影响其流动控制效果。     

马格努斯圆柱及变角度襟翼对无人帆船气动性能的影响北大核心CSCD

[目的]旨在研究马格努斯翼型和变角度襟翼对无人帆船气动性能的影响及其优化,以提高无人帆船的航行效率。[方法]采用CFD方法,以NACA 0021翼型作为无人帆船主翼帆的基准翼型,在主翼帆顶缘耦合马格努斯圆柱,分析马格努斯圆柱关键参数(直径、位置和间隔)对翼型升阻特性的影响规律;在主翼帆顶缘耦合马格努斯圆柱的基础上,将襟翼帆嵌入主翼帆尾缘,研究不同襟翼帆偏转角下翼型周围流场和升阻特性及其对无人帆船推力性能的影响规律。[结果]结果表明:在大攻角下,马格努斯圆柱对翼型气动性能具有提升作用,在所研究参数范围内翼型升阻比与马格努斯圆柱位置正相关,与马格努斯圆柱直径和间隔负相关,其中圆柱的直径和间隔对翼型气动性能影响较大,位置的影响最小;在小攻角下,变角度襟翼帆对翼型气动性能的提升更明显,在0°~15°攻角内,翼型的升阻比与襟翼帆偏转角正相关;在马格努斯圆柱及襟翼帆共同作用下,风帆推力系数最大提升27%,且与襟翼帆的偏转角正相关。[结论]研究结果可为马格努斯圆柱及嵌入式襟翼帆在无人帆船领域的应用提供参考。     

基于形状函数法的排烟风机翼型优化设计

以轴流排烟风机翼型为研究对象,对Joukowsky翼型型线表达式进行了简化,获得了2个由六参数确定的翼型形状函数表达式,可以分别对翼型上下型线进行表示,对各参数应满足的范围进行了分析。通过Isight平台集成CFD软件,对标准翼型NACA0012进行了优化设计,结果显示:翼型升阻比系数提升了22.4%,升力系数提升了18.0%,气动性能得到了显著提升。由此证明,基于该形状函数法进行排烟风机翼型的优化设计是可行的,为今后风机性能的改进打下了基础。     

低雷诺数下仿生翼型的动力特性数值模拟

为寻求一种具有良好稳定性和气动效率的翼型,进而提高潜艇指挥台围壳和尾翼的稳定性和气动性能,受到座头鲸和猫头鹰独特翼型结构的启发,首先设计两类锯齿状仿生翼型,通过数值求解非定常Navier-Stokes方程,揭示相同雷诺数条件和相同攻角下不同锯齿尺寸的仿生锯齿翼型的气动特性与流场特性,并与NACA0012翼型性能进行比较...     

一种翼型风帆的空气动力特性计算

在NACA006机翼原型的基础上,针对船用助航风帆的特点提出了一种改进型的风帆翼型,并采用工程上广泛应用的标准K-ε模型,利用FLUENT软件对两种翼在0°、5°10°15°20°5种不同风向角下翼型的空气动力特性进行了数值模拟计算,获得了相应的的升力系数和阻力系数,证明其升力系数比常规的矩形圆弧风帆有很大提高。     

不同来流条件下翼型积冰特性及其气动性能衰退规律数值模拟研究北大核心CSCD

[目的]旨在研究在寒冷环境下空气中大量存在的过冷水滴在船舶动力系统进气道中结冰对进气系统气动性能的影响。[方法]首先,以NACA 0012翼型为研究对象,对该翼型的气动性能进行数值计算,通过与实验值对比,验证所建立的模型和数值模拟方法的有效性;其次,采用拉格朗日法对过冷水滴的撞击特性进行数值模拟研究,采用用户自定义函数(UDF)对商业软件Fluent进行二次开发,对不同来流条件下该翼型的水收集系数进行数值模拟分析;最后,结合动网格技术和UDF自编程序对该翼型的结冰特性进行单向耦合的数值模拟研究,并分析结冰后的翼型气动性能。[结果]结果表明,来流攻角和水滴直径对水滴的撞击范围和及收集系数有较大影响,来流速度对水滴的撞击范围影响较小,但对水收集系数有一定影响。此外,在0°攻角条件下,翼型前缘积冰对其气动性能影响较小,但是,在5°攻角条件下,前缘积冰对其气动性能有严重影响。[结论]研究结果可为船舶动力系统进气道结冰预测分析以及后续防冰工作提供参考。     

基于iSIGHT平台的翼型水动力优化

基于iSIGHT设计平台,结合计算流体力学软件Fluent对二维翼型NACA0012进行了多目标优化设计,以提高其水动力性能。设计过程中以雷诺平均Navier-Stokes方程为主控方程,采用了邻域培植遗传算法(NCGA)和非支配解排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)为优化算法,对二维翼型进行优化。优化结果表明,翼型的水动力性能有了明显提高,其升力系数提高,升阻比提高,最小压力系数上升,上表面峰值减小。该优化方法可以推广到多种翼型,对于船用翼的研究都有一定的意义。     

艇尾共翼型舵水动力和尾流场特征的数值计算研究

为了研究共翼和非共翼两种方式的舵翼操纵面在艇体影响下的水动力性能和尾流场品质,对SUBOFF潜艇标准模型的尾部水平操纵面分别进行了共翼型设计和非共翼型设计,并采用数值模拟方法,计算了两种操纵面产生的艇体水动力和尾流特征。对比分析结果表明:舵角小于10°时,采用共翼型舵的艇体俯仰力矩和潜艇总垂向力比非共翼型增大30%以上;舵角大于10°后,随着舵角增大水动力优势减小,25°舵角时水动力性能基本相当。共翼型舵能够明显消减舵翼结合部涡流,可以增大舵后尾流低速区流体的速度,提高潜艇尾流场品质。采用共翼型舵的尾操纵面设计方式,对于提高潜艇操纵性水动力、改善潜艇尾流区流场品质都能起到积极效果。     

粒子群算法在翼型剖面优化中的应用

为设计出具有良好升阻比性能的翼型剖面,采用智能优化领域新兴的粒子群优化算法(PSO)结合面元法对翼型进行优化设计。文中给出了PSO算法的数学模型及其在翼型优化设计中的主要计算过程,并以Naca66mod翼型为原型进行设计。获取了翼型优化过程中每一步处的翼型剖面形状、翼型表面压力系数分布以及翼型的升力系数、阻力系数和最大厚度比,结果分析表明经过优化后的翼型与原型相比,具有升力系数增加,阻力系数减小这一有利的特征改变。同时采用CFD方法对两种翼型进行数值模拟计算,获得同上的结论,进而验证了PSO方法在翼型优化设计中的可行性。     

计及叶片载荷的双机对转式海流发电机系泊系统动力分析

本文设计了一种新型的双机对转式海流发电机并对其系泊系统与叶片载荷和直径关系进行模拟分析。首先将单机式海流发电机与已有研究进行对比验证其可靠性，然后在不改变系泊方式的前提下，设计出双机式结构，并通过分析机身位移和旋转比较两种系统的稳定性。为考虑叶片载荷对系泊系统影响，在Orcaflex中对不同精细程度的叶片进行建模，分别对比单一翼型/三翼型/九翼型的数值模拟结果。接着使用M-BEMT软件优化后的翼型参数，对比使用原始升阻力系数的三翼型发电机的模拟结果，同时将使用不同直径叶片的发电机系统进行对比，说明双机式发电机的稳定性更优，对海流发电机及其系泊系统的设计提供重要参考价值。     

地效翼艇三维组合翼气动特性计算分析

地效翼布局和翼型选择在很大程度上决定地效翼艇的性能和效能,对地效翼艇的设计至关重要。文章根据地效翼布局和翼型的特点,采用基于升力面理论的镜像法计算三维组合地效翼和简单地效翼在地效区和超出地效区的纵向气动特性参数,分析布局型式和外形参数对地效翼气动特性的影响。得到的组合翼在地效区内外比简单地效翼具有更好的升阻特性的结果,表明组合翼布局适合于掠海高飞型地效翼艇,研究也为地效翼布局型式、外形参数选择以及吹风模型制作提供了依据。     

翼身融合水下滑翔机翼剖面上基于合成射流的主动流动控制数值研究

为了探究水下合成射流对翼身融合的水下滑翔机翼剖面升阻特性影响的机理，基于计算流体力学（CFD）方法，采用SST k-ω湍流模型，针对不同攻角的NACA 0015水翼开展合成射流控制的数值研究，探究在水翼吸力面不同位置处施加不同动量系数的合成射流对其升阻特性的影响，并分析其作用机理。数值仿真表明：合理的合成射流可有效提升水翼升阻性能；随着合成射流动量系数的增大，水翼升阻性能提升；射流位置也会影响流动控制的效果。     

开设内槽翼型的水动力性能数值模拟

[目的]水下翼型具有减阻和节能的特点,因此,常应用于高性能船舶的舵和减摇鳍的设计之中。从目前对翼型的水动力性能研究来看,对翼型进行一定程度的改进,如开设内槽、增设前缘结节等,均会使翼型的水动力性能得到显著提升。为研究开设不同形式的内槽对翼型水动力性能的影响并探求相关作用机理,开展相关研究。[方法]对NACA0012型号的翼型开设内槽,利用计算流体力学的方法对具有不同内槽形式的翼型进行水动力计算。[结果]结果表明:将椭圆形式的内槽开设在翼型前缘对翼型水动力性能的提升最为显著,而为了保证内槽处水流的平稳流动,内槽应有一定的宽度。[结论]研究成果能够对船用舵的改进起到一定的参考作用。     

基于CFD的翼型水动力性能多目标优化设计

随着计算机技术的飞速发展,如何进一步发挥CFD在船舶工程优化设计中的作用,成为当前CFD应用研究的一个重点.文章通过集成CFD工具、优化算法和几何重构技术构建了基于CFD的构型水动力性能优化设计平台.以翼型作为优化对象,阻升比和尾流均匀度作为目标函数,采用Bezier曲线方法实现翼型几何表达与重构,利用DOE和NSGAⅡ算法对NACA0024翼型进行了多目标全局优化设计,获得了均匀分布的Pareto最优解集.结果表明该平台可以用于翼型水动力性能多目标优化设计.此外,文中的工作为进一步开展基于CFD的船型水动力优化设计打下了坚实的基础.     

基于机器学习的翼型水动力性能优化设计

基于机器学习的翼型几何优化设计方法可有效避免复杂的计算流体力学数值求解过程,具有更高的计算效率。对翼型进行参数化表示,构建机器学习模型与优化算法进行学习和预测,能极大地减少翼型优化设计时间。论文开展了基于机器学习的翼型水动力性能预测和优化设计研究。运用CST方法对翼型进行参数化表示;采用XGBoost建立翼型水动力特性快速预报模型;结合机器学习方法和遗传算法,综合考虑升力系数、阻力系数和翼型表面压力系数建立优化模型,完成了某翼型的优化设计与水动力性能分析。结果表明：提出的翼型优化设计方法可获取优良翼型,对船用螺旋桨叶剖面设计优化具有重要意义。     

海上浮式风机的动力学建模与响应分析（英文）

在恶劣的海洋环境下，浮式风机展现出复杂的动力特性。因此，对海上浮式风机的动力响应进行研究非常重要。本文基于有限元法与若丹速度变分原理，建立了浮式风机的刚-柔耦合动力学模型，依此编写了相应的数值计算程序并验证了程序的正确性。以安装在OC4半潜型浮式基础上的NREL-5MW水平轴风机为例，通过对比分析，研究了浮式基础的运动对风机动力特性的影响。结果表明，基础运动通过改变风机在风场中的位置与姿态对气动载荷与叶片变形产生影响。本文研究成果可以为海上浮式风机叶片设计提供一些合理建议。     

轮廓度误差对超声速压气机叶栅气动性能的影响

[目的]旨在评估轮廓度误差对压气机气动性能的影响,并为叶片鲁棒性设计提供参考。[方法]建立单峰值轮廓度误差分布数学模型,采用数值模拟方法,研究压力面和吸力面不同轮廓度组合误差对超声速压气机平面叶栅气动性能的影响。[结果]结果表明：吸力面轮廓度误差分布是影响叶栅总压损失的关键因素,随着吸力面轮廓度峰值误差位置向下游移动,总压损失系数逐渐降低;压力面和吸力面误差分布对气流折转角和静压升系数的影响趋势相反。对较低来流马赫数的叶栅,吸力面误差对气流折转角和静压升均起主导作用;对较高来流马赫数的叶栅,压力面误差对气流折转角和静压升影响明显。激波位置和激波强度、激波后扩张通道的流道型线综合决定了叶片表面和叶栅流道内的流动状态,使得近吸力面侧流动损失增大,近压力面侧流动损失减小,其综合效果决定了叶栅损失、气流折转角和静压升的变化。[结论]结果对指导跨声速压气机设计、加工和超差审理均具有重要意义。     

张力腿平台在湍流边界层分离下的水动力特性研究

在亚临界区雷诺数Re=1.4×10~5(特征长度为立柱直径D)下,采用改进的延迟脱体涡模型(IDDES)和湍流分离方法,对张力腿平台在湍流边界层分离下的升(阻)力特性进行了数值模拟,研究了0°、15°、30°和45°四种流向角下张力腿平台主体以及各立柱上的水动力特性。研究结果表明:0°流向角下,平台主体所受的平均阻力和脉动升力相对于15°、30°和45°时更大;不同流向角下,受上游立柱泄涡的影响,下游立柱的平均阻力系数始终小于上游前端立柱的平均阻力系数,但其脉动升力系数反而更大;随着流向角的增加,上下游立柱脉动升力的差异逐渐减小;仅在0°流向角下,各立柱上的升力系数功率谱存在单个能量峰值。此外,由涡量场分析可知,不同流向角下,立柱尾部的脱涡形式区别显著;浮箱与立柱连接处的三维效应对立柱尾部的大尺度漩涡脱落产生了抑制作用。     

基于CFD的无人帆船襟翼帆空气动力研究

为推进无人帆船在海洋环境保护和资源勘测等方面的应用，为一款海上自动航行帆船设计了风帆结构，并进行气动性能分析。建立无襟翼帆、分离式襟翼帆和嵌入式襟翼帆3种翼帆模型，通过Fluent软件进行计算流体力学（CFD）计算分析，比较3种风帆的气动性能，分析变角度襟翼帆对风帆气动性能和对帆船推力提升理论的影响规律。结果表明，嵌入式襟翼帆对无人帆船风帆整体的气动性能具有提升的作用；随着襟翼帆偏转角的增大，风帆的升力系数和升阻比随之增大、帆船的推力系数明显增强，对帆船性能的提升具有较优的影响，促进无人帆船在推力提升方面的研究。