风洞洞壁对风力机翼型气动特性的影响分析

Abstract

本文通过风洞试验测量和计算流体动力学（ComputationalFluidDynamics，CFD）数值模拟的研究结果，分析了风洞洞壁对风力机翼型气动特性的影响．试验风洞为中国科学院工程热物理研究所（InstituteofEngineeringThermophysics，IET）低速回流风洞，所选用的翼型为DU91-W2-250．数值模拟采用有洞壁、无洞壁、无侧壁三种方式进行计算，通过对比试验和数值计算结果验证了采用CFD数值模拟分析风力机翼型洞壁效应的可行性．通过数值模拟分析并与经典映像法及Maskell洞壁修正方法对比，得出：风洞中，上下壁面的存在使流动在风洞壁面形成一定厚度的边界层，造成气流的通道面积减小，来流有效速度增加，并引起翼型升力系数CI和阻力系数Cd增加；风洞侧壁诱导翼型段表面的展向流动、抑制了翼型表面的流动分离，减小了翼型弦向流动速度，引起翼型升力系数减小，阻力系数增加；小攻角时风洞侧壁对翼型表面流动的影响可以忽略，翼段表面流动保持二维性，大攻角时风洞侧壁干扰效应显著，其影响程度超过风洞上下壁面，与无洞壁相比，风洞壁的存在使升力系数减小，阻力系数增加；经典映像法及Maskell方法因未考虑洞壁边界层的影响，并不适用于风力机翼型大攻角流动时的洞壁效应修正问题，大攻角修正时应考虑风洞侧壁影响，对升力系数给予增量；同时对于大攻角流动．翼型本身流动已不具有二维性．其气动性能的测量应采用多截面压力测量或天平测力方法