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(Computational Fluid Dynamics, 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(Institute of Engineering Thermophysics, 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<italic>C</italic><sub>l</sub>和阻力系数<italic>C</italic><sub>d</sub>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.
