![清洁与可再生能源研究:风能](https://wfqqreader-1252317822.image.myqcloud.com/cover/546/37204546/b_37204546.jpg)
4.3 结果、对比和讨论
仔细分析攻角α=5°的实例。由于翼型周围的非定常流动,周期性的特征符合预期。收敛的升力系数随时间变化的曲线见图4-4,阻力系数见图4-5。
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图4-4 升力系数(α=5°)
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图4-5 阻力系数(α=5°)
将升力系数C1和阻力系数Cd曲线根据时间序列互相重叠可以获得同一时刻下的C1和Cd的对应关系。时间序列上选择了9个时间点,对应的C1值和Cd值见图4-6。
图4-6将升力系数和阻力系数与无量纲时间序列进行对应。9个时间点从最左边的①点至最右边的⑨点覆盖了一个完整的周期波动(△τ=0.86)。翼型FB3500—1750的压力分布曲线和表面摩擦分布曲线在图4-7列出。不同线型的曲线代表图4-6中的9个时间点。
钝尾缘翼型后的压力分布见图4-8。
钝尾缘后的涡分布情况见图4-9。
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图4-6 翼型FB3500—1750在攻角5°的升阻力曲线
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图4-7 翼型FB3500—1750在攻角5°的压力分布(左)和表面摩擦分布(右)
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图4-8 翼型FB3500—1750在攻角5°时钝尾缘后的压力分布
(a)时间点1;(b)时间点2;(c)时间点3;(d)时间点4;(e)时间点5;(f)时间点6;(g)时间点7;(h)时间点8;(i)时间点9
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图4-9 翼型FB3500—1750在攻角5°时钝尾缘后的涡量图
(a)时间点1;(b)时间点2;(c)时间点3;(d)时间点4;(e)时间点5;(f)时间点6;(g)时间点7;(h)时间点8;(i)时间点9
不同翼型不同攻角(从0°到20°)下的流场都进行了数值模拟,所有的数值模拟均为非定常,时间步长为0.002s且每个时间步长内部进行6次迭代。每个算例均记录了升力系数C1、阻力系数Cd、俯仰力矩Cm和周期长度。周期性变化的升力系数C1和阻力系数Cd见图4-10。图4-10 (a)为0°攻角,图4-10 (b)为10°攻角,图4-10 (c)为15°攻角,图4-10 (d)为20°攻角。注意各攻角下频率的不同。
尽管这些系数由于非定常的特征成周期性变化,但是可以利用若干个收敛周期的振幅来估计和测量它的平均值,见表4-1。最终可以得出C1、Cd和Cm随攻角变化的曲线,并与Sandia国家实验室的实验结果进行对比,分别见图4-11、图4-12、图4-13。
表4-1 不同攻角下的C1、Cd、Cm和周期长度Δτ
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图4-10 升力系数和阻力系数随时间的变化
(a)0°攻角;(b)10°攻角;(c)15°攻角;(d)20°攻角
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图4-11 升力系数对比分析
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图4-12 阻力系数对比分析
AIRFsst对线性部分的升力系数进行了较准确的预测,而在攻角15°和20°时却高估了升力系数,原因可能是未能及时捕捉到大量的分离涡。阻力系数在攻角0°、5°和10°时被估计过高而在15°时被估计过低。俯仰力矩普遍估计过高,特别是在攻角15°和20°时。类似的结果也已在其他CFD模型中列出[56]。
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图4-13 俯仰力矩对比分析