- 清潔與可再生能源研究:風能
- 黃樹紅 李學敏 易輝
- 1042字
- 2021-04-09 18:41:09
4.3 結果、對比和討論
仔細分析攻角α=5°的實例。由于翼型周圍的非定常流動,周期性的特征符合預期。收斂的升力系數隨時間變化的曲線見圖4-4,阻力系數見圖4-5。

圖4-4 升力系數(α=5°)

圖4-5 阻力系數(α=5°)
將升力系數C1和阻力系數Cd曲線根據時間序列互相重疊可以獲得同一時刻下的C1和Cd的對應關系。時間序列上選擇了9個時間點,對應的C1值和Cd值見圖4-6。
圖4-6將升力系數和阻力系數與無量綱時間序列進行對應。9個時間點從最左邊的①點至最右邊的⑨點覆蓋了一個完整的周期波動(△τ=0.86)。翼型FB3500—1750的壓力分布曲線和表面摩擦分布曲線在圖4-7列出。不同線型的曲線代表圖4-6中的9個時間點。
鈍尾緣翼型后的壓力分布見圖4-8。
鈍尾緣后的渦分布情況見圖4-9。

圖4-6 翼型FB3500—1750在攻角5°的升阻力曲線

圖4-7 翼型FB3500—1750在攻角5°的壓力分布(左)和表面摩擦分布(右)

圖4-8 翼型FB3500—1750在攻角5°時鈍尾緣后的壓力分布
(a)時間點1;(b)時間點2;(c)時間點3;(d)時間點4;(e)時間點5;(f)時間點6;(g)時間點7;(h)時間點8;(i)時間點9

圖4-9 翼型FB3500—1750在攻角5°時鈍尾緣后的渦量圖
(a)時間點1;(b)時間點2;(c)時間點3;(d)時間點4;(e)時間點5;(f)時間點6;(g)時間點7;(h)時間點8;(i)時間點9
不同翼型不同攻角(從0°到20°)下的流場都進行了數值模擬,所有的數值模擬均為非定常,時間步長為0.002s且每個時間步長內部進行6次迭代。每個算例均記錄了升力系數C1、阻力系數Cd、俯仰力矩Cm和周期長度。周期性變化的升力系數C1和阻力系數Cd見圖4-10。圖4-10 (a)為0°攻角,圖4-10 (b)為10°攻角,圖4-10 (c)為15°攻角,圖4-10 (d)為20°攻角。注意各攻角下頻率的不同。
盡管這些系數由于非定常的特征成周期性變化,但是可以利用若干個收斂周期的振幅來估計和測量它的平均值,見表4-1。最終可以得出C1、Cd和Cm隨攻角變化的曲線,并與Sandia國家實驗室的實驗結果進行對比,分別見圖4-11、圖4-12、圖4-13。
表4-1 不同攻角下的C1、Cd、Cm和周期長度Δτ


圖4-10 升力系數和阻力系數隨時間的變化
(a)0°攻角;(b)10°攻角;(c)15°攻角;(d)20°攻角

圖4-11 升力系數對比分析

圖4-12 阻力系數對比分析
AIRFsst對線性部分的升力系數進行了較準確的預測,而在攻角15°和20°時卻高估了升力系數,原因可能是未能及時捕捉到大量的分離渦。阻力系數在攻角0°、5°和10°時被估計過高而在15°時被估計過低。俯仰力矩普遍估計過高,特別是在攻角15°和20°時。類似的結果也已在其他CFD模型中列出[56]。

圖4-13 俯仰力矩對比分析