基于大规模并行计算的结冰翼型失速流场特性数值模拟研究

1

作者 李立 武君胜 +1 位作者 梁益华 田增冬 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期895-904,共10页

结冰安全性评估是民用飞机适航的重要工作内容。翼面结冰将引起机翼前缘外形及边界层状态变化,并诱导大范围分离,进而导致飞行器升力面性能急剧降低,甚至带来严重的飞行安全问题。针对常规方法难以有效准确预测结冰翼型后失速流场空气... 结冰安全性评估是民用飞机适航的重要工作内容。翼面结冰将引起机翼前缘外形及边界层状态变化,并诱导大范围分离,进而导致飞行器升力面性能急剧降低,甚至带来严重的飞行安全问题。针对常规方法难以有效准确预测结冰翼型后失速流场空气动力学特性的问题,发展了一种结合大规模并行计算和壁面模化大涡模拟(WMLES)的有效数值计算方法,成功用于双角冰结冰翼型GL305/944的后失速流场特性的数值模拟研究,取得了满意效果。数值模拟研究中,计算状态选取马赫数0.12,雷诺数3.5×106,攻角6°,对应了该翼型在风洞试验中后失速附近的流动状态。作为对比,同时给出雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方法及改进的时间延迟脱体涡模拟(IDDES)方法的计算结果,并与试验结果进行了综合比较。结果表明,WMLES是一种适于计算大范围分离流动的有效方法,针对结冰翼型后失速流场的数值预测,可大幅提高预测精度;针对文中的GL305/944结冰翼型,WMLES能相对准确地预测总体气动力、压力平顶长度和压力恢复,以及角状冰引起的剪切层失稳,且预测的升力系数相对误差仅为0.47%,远小于RANS方法的-26.7%。 展开更多

关键词 结冰翼型 失速 壁面模化大涡模拟 并行计算 飞行安全

在线阅读 下载PDF 职称材料

过冷大水滴动力学行为对翼型结冰的影响分析 被引量：2

2

作者 刘飞宇 邓甜 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期173-186,共14页

过冷大水滴(SLD)是极端危险的飞行环境之一。因大粒径水滴独特的动力学行为变形破碎、飞溅反弹,传统结冰计算方法难以准确地反映SLD结冰情况。采用Navier-Stokes方法求解流场、Euler方法计算水滴撞击、Shallow Water模型模拟结冰,并与N... 过冷大水滴(SLD)是极端危险的飞行环境之一。因大粒径水滴独特的动力学行为变形破碎、飞溅反弹,传统结冰计算方法难以准确地反映SLD结冰情况。采用Navier-Stokes方法求解流场、Euler方法计算水滴撞击、Shallow Water模型模拟结冰,并与NASA实验结果进行了对比验证方法可信。结果表明:SLD动力学行为对结冰和冰形影响较大。其中,变形破碎改变了水滴运动轨迹和撞击范围,降低了水滴撞击极限,导致上下结冰极限减小2.83%、2.13%;飞溅降低了驻点附近水滴收集率,导致前缘积冰量减少8.09%;反弹显著降低了水滴撞击极限,导致上下结冰极限减小30.69%、20.01%;撞击后飞溅反弹二次水滴再入流场使得上下结冰极限增加6.14%、3.71%。同时,与干净翼型相比带冰翼型空气动力学性能严重退化,在相同迎角下,升力更小、阻力更大、气动效率更低。 展开更多

关键词 过冷大水滴 动力学行为 翼型结冰 冰形几何特征 气动特性

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于IDDES方法的翼型结冰失速分离流动数值模拟 被引量：10

3

作者 张恒 李杰 龚志斌 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2016年第3期283-288,共6页

应用基于k-ωSST湍流模型的IDDES(Improved Delayed Detached Eddy Simulation)方法,就失速点附近翼型前缘典型双角状积冰导致的复杂分离流动进行了数值模拟研究。通过与风洞试验结果进行对比,表明对于此类分离流动问题,IDDES方法能够... 应用基于k-ωSST湍流模型的IDDES(Improved Delayed Detached Eddy Simulation)方法,就失速点附近翼型前缘典型双角状积冰导致的复杂分离流动进行了数值模拟研究。通过与风洞试验结果进行对比,表明对于此类分离流动问题,IDDES方法能够在壁面附近取得良好的速度预测结果,有效解析分离区域内的中小尺度湍流结构,较为准确地描述大尺度时均分离泡的再附位置和形态特征,适用于翼型结冰后复杂流动的精细分析。同时计算结果显示当此带冰翼型位于失速点附近时,角状冰后方脱落剪切层内部的旋涡不稳定析出和输运过程促进了外部流动与回流区域流动间的掺混,将导致流动发生非定常再附现象。 展开更多

关键词 IDDES 结冰翼型 失速分离 复杂流动

在线阅读 下载PDF 职称材料

结冰对带舵面翼型流场的影响及其气动参数分析 被引量：4

4

作者 李冬 张辰 +1 位作者 王福新 刘洪 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期367-373,共7页

利用计算流体动力学方法模拟了结冰后带舵面翼型的流场变化特征,分析了不同攻角条件下升力系数与舵面偏转角的量化关系,并对比了角冰和脊状冰条件下气动导数的差异.结果表明:与干净翼型相比,结冰后带舵面翼型的升力系数及升力系数关于... 利用计算流体动力学方法模拟了结冰后带舵面翼型的流场变化特征,分析了不同攻角条件下升力系数与舵面偏转角的量化关系,并对比了角冰和脊状冰条件下气动导数的差异.结果表明:与干净翼型相比,结冰后带舵面翼型的升力系数及升力系数关于舵面偏转角的变化率出现了较大降幅;舵面下偏导致的"上洗"效应将会加大冰型对流场的干扰,角冰引起的流动分离尺度受舵面偏转角的影响较大,且随着来流攻角增加而愈加明显;脊状冰可使翼型上表面产生大范围的流动分离,带舵面翼型的失速偏转角大幅提前,升力系数关于舵面偏转角的变化率大幅降低;在角冰条件下,带舵面翼型的相对气动导数呈现出3个不同的变化阶段,且随着来流攻角和舵面偏转角的增加而逐级下降,而在脊状冰条件下则呈现出2个不同的变化阶段,且其降幅更明显. 展开更多

关键词 飞机 结冰翼型 舵面偏转角 流动分离 气动导数

在线阅读 下载PDF 职称材料

风力机叶片翼型的结冰数值模拟研究 被引量：43

5

作者 朱程香 王珑 +2 位作者 孙志国 付斌 朱春玲 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第4期522-528,共7页

研究了风力机叶片翼型的结冰数值模拟方法,及翼型结冰后对其气动性能的影响。求解雷诺平均N-S方程,引入k-ωSST湍流模型封闭方程,获得风力机叶片流场;采用拉格朗日法计算风力机叶片翼型周围的水滴运动轨迹,同时考虑了多尺寸水滴分布的影... 研究了风力机叶片翼型的结冰数值模拟方法,及翼型结冰后对其气动性能的影响。求解雷诺平均N-S方程,引入k-ωSST湍流模型封闭方程,获得风力机叶片流场;采用拉格朗日法计算风力机叶片翼型周围的水滴运动轨迹,同时考虑了多尺寸水滴分布的影响,获得翼型表面的局部水收集系数分布;根据质量守恒和能量守恒原理,计算翼型表面的各项热流,获得翼型表面的结冰速率和结冰冰形;考虑到翼型结冰是时间的动态函数,采用多时间步长法完成结冰数值模拟。计算了风力机叶片翼型在不同环境条件和气象条件下的结冰冰形,同时模拟了风力机翼型结冰后周围流场的变化,并与干净翼型的气动特性进行了对比。结果表明,环境温度较高时形成的明冰对翼型气动性能的影响较大,结冰导致翼型升力下降,升阻比减小,最大减小幅度达到61%,同时结冰后的翼型会提前进入失速区,导致桨叶气动性能恶化。 展开更多

关键词 风力机 翼型结冰 多尺寸分布 多时间步长 气动特性

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于两相流欧拉方法的翼型结冰数值模拟 被引量：13

6

作者 周志宏 李凤蔚 李广宁 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期138-142,共5页

文章通过计算流体力学的方法对翼型结冰进行了预测。针对拉格朗日法求解水滴收集特性计算工作量太大的缺点,引入水滴流场的概念,通过求解空气-水滴两相流场的欧拉方法,获得翼型表面水滴收集特性。结冰计算过程中网格采用变形网格技术得... 文章通过计算流体力学的方法对翼型结冰进行了预测。针对拉格朗日法求解水滴收集特性计算工作量太大的缺点,引入水滴流场的概念,通过求解空气-水滴两相流场的欧拉方法,获得翼型表面水滴收集特性。结冰计算过程中网格采用变形网格技术得到,既保证了网格质量又减少了网格生成的工作量,采用有限体积法及LU-SGS隐式时间推进数值求解N-S及水滴运动方程。建立了对应于霜冰和光冰的冰增长模型。通过对NACA0012翼型霜冰和光冰的计算验证了该方法是有效的。 展开更多

关键词 翼型结冰模拟 变形网格技术 空气-水滴两相流 非定常N-S方程

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于变形网格技术的翼型结冰数值模拟研究 被引量：7

7

作者 冯文梁 李杰 张威 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期550-555,共6页

翼型结冰的过程实质上是其外形随时间改变的过程。对于结冰的数值模拟,计算网格必须随着翼型外形的改变而相应的变化。文章利用非定常N-S方程模拟翼型结冰增长的过程,使用基于无限插值法(TFI)的变形网格技术生成非定常计算的网格。变形... 翼型结冰的过程实质上是其外形随时间改变的过程。对于结冰的数值模拟,计算网格必须随着翼型外形的改变而相应的变化。文章利用非定常N-S方程模拟翼型结冰增长的过程,使用基于无限插值法(TFI)的变形网格技术生成非定常计算的网格。变形网格技术是在初始网格的基础上将物面的变化通过插值均匀分布到场内网格点,该方法能够最大限度地保留初始网格特征,而且生成过程与初始网格不相关。非定常计算利用上一次结冰的流场为初值,而不用从初场重新开始,而且变形网格技术生成网格也远远比求解椭圆型方程快,总的计算时间大幅减少。为了验证方法的有效性,文章对NACA0012进行了结冰数值模拟,计算结果与参考文献的实验和计算结果吻合。 展开更多

关键词 翼型结冰模拟 非定常N—S方程 无限插值法 变形网格技术

在线阅读 下载PDF 职称材料

叶片翼型结冰形态及其气动特性 被引量：6

8

作者 郑玉巧 潘永祥 +1 位作者 魏剑峰 刘哲言 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期632-638,共7页

针对风力机叶片翼型形状对结冰过程的影响及其导致的气动特性变化问题,采用欧拉法及热传质原理构建叶片结冰过程的数学模型并进行数值模拟分析。以NH02系列翼型族为例,建立翼型曲率特征模型,研究叶片关键参数如最大厚度对结冰量的影响机... 针对风力机叶片翼型形状对结冰过程的影响及其导致的气动特性变化问题,采用欧拉法及热传质原理构建叶片结冰过程的数学模型并进行数值模拟分析。以NH02系列翼型族为例,建立翼型曲率特征模型,研究叶片关键参数如最大厚度对结冰量的影响机制,预测了某翼型在不同工况下的冰形及位置,探究了干净与结冰翼型的升、阻力特性变化规律。结果表明,结冰量与叶片的相对厚度及最大相对厚度所在位置呈正相关性;结冰导致升力系数变化范围为5%~20%,阻力系数为干净翼型的1.4~2.45倍;结冰致使翼型失速迎角变小,翼型提前进入失速状态。 展开更多

关键词 风力机 翼型形状 翼型结冰 升、阻系数 气动特性

在线阅读 下载PDF 职称材料

典型风力机翼型结冰特性分析 被引量：8

9

作者 程杰 来永斌 +2 位作者 王龙 武浩 李亮 《河北科技大学学报》 CAS 2019年第1期9-14,共6页

针对风力机叶片的结冰会严重影响风电机组的功率输出、危害风电机组的安全运行的情况,采用计算流体力学方法研究了典型的风力机翼型的结冰特性。首先,对攻角分别为0°,4°,8°的NACA0012翼型水滴撞击特性进行了计算,计算结... 针对风力机叶片的结冰会严重影响风电机组的功率输出、危害风电机组的安全运行的情况,采用计算流体力学方法研究了典型的风力机翼型的结冰特性。首先,对攻角分别为0°,4°,8°的NACA0012翼型水滴撞击特性进行了计算,计算结果与文献实验结果吻合良好,表明了计算方法的正确性。在此基础上,对不同风速和不同温度下的典型风力机叶片表面的覆冰进行了模拟研究,得到了水收集系数和结冰厚度随温度和速度的变化趋势。结果表明:风速增加导致叶片表面结冰厚度增加,结冰附着面积增加;温度降低导致叶片表面结冰厚度增加;S801翼型的抗冰效果明显大于S802翼型的抗冰效果。研究结果有利于在低温环境中合理选择翼型,为降低叶片结冰危害程度提供参考。 展开更多

关键词 发电工程 风力机 翼型结冰 水滴收集系数 计算流体力学

在线阅读 下载PDF 职称材料

冰形表面粗糙度对翼型的失速特性影响分析 被引量：11

10

作者 黄冉冉 李栋 +1 位作者 刘藤 丁钰良 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2021年第1期59-65,共7页

结冰翼型气动影响分析是飞机结冰问题重要的研究内容之一,可帮助进行飞机结冰安全分析和容冰设计。为填补现阶段关于冰形表面粗糙度对翼型气动影响的研究空缺,以冰形的粗糙度参数(冰形表面粗糙高度和冰形表面粗糙分散度)为依据,提出了... 结冰翼型气动影响分析是飞机结冰问题重要的研究内容之一,可帮助进行飞机结冰安全分析和容冰设计。为填补现阶段关于冰形表面粗糙度对翼型气动影响的研究空缺,以冰形的粗糙度参数(冰形表面粗糙高度和冰形表面粗糙分散度)为依据,提出了一种冰形粗糙度叠加方法;并通过有限体积法求解空间离散的RANS方程,结合S-A湍流模型,分别针对流线冰型和角状冰型,量化分析了不同微观特征参数的冰形对翼型失速特性的影响规律,为研究飞机结冰问题提供了思路和基础。结果表明,对于流线结冰翼型,冰形表面粗糙度会明显影响翼型的失速性能;而对于角状结冰翼型,两个凸起的羊角状外形才是导致气动力损失的主要因素,粗糙度的影响往往可不考虑在内。 展开更多

关键词 结冰翼型 粗糙度参数 冰形粗糙度 失速特性

在线阅读 下载PDF 职称材料

翼型测力天平的研制 被引量：2

11

作者 李勇 赵长辉 +1 位作者 李国文 王为铭 《实验流体力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期107-110,共4页

为研究翼型结冰状态下的载荷变化规律,对翼型进行测力实验。研制一台三分量翼型测力天平。天平设计的突出难点为设计载荷极不匹配,阻力测量载荷很小。设计时,针对翼型载荷的特点,采用片梁组合方式测量阻力,四柱梁测量法向力及俯仰力矩,... 为研究翼型结冰状态下的载荷变化规律,对翼型进行测力实验。研制一台三分量翼型测力天平。天平设计的突出难点为设计载荷极不匹配,阻力测量载荷很小。设计时,针对翼型载荷的特点,采用片梁组合方式测量阻力,四柱梁测量法向力及俯仰力矩,并采用有限元方法对结构进行了验证计算。主要介绍天平的设计、校准及应用情况。 展开更多

关键词 翼型结冰 测力天平 有限元法 天平设计 风洞实验

在线阅读 下载PDF 职称材料

覆冰粗糙度对翼型气动特性影响的数值研究

12

作者 何志辉 张永恒 +3 位作者 张旭耀 张沥 李泽 杨文涛 《极地研究》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期566-579,共14页

寒冷地区风力发电机运行时叶片极易结冰,结冰改变了叶片形貌,从而影响了叶片的气动性能。为更好地研究分析风力机结冰叶片翼型表面覆冰粗糙度对其气动性能的影响规律,采用计算流体力学方法,对比研究了对称型(NACA-0012)及非对称型(NACA-... 寒冷地区风力发电机运行时叶片极易结冰,结冰改变了叶片形貌,从而影响了叶片的气动性能。为更好地研究分析风力机结冰叶片翼型表面覆冰粗糙度对其气动性能的影响规律,采用计算流体力学方法,对比研究了对称型(NACA-0012)及非对称型(NACA-23012)两种翼型在相同结冰条件和不同覆冰粗糙度参数下的气动特性。结果表明,NACA0012及NACA23012两种翼型前缘生成霜冰时,覆冰粗糙度对两种结冰翼型气动性能均有显著影响;当两种翼型前缘生成角状冰时,NACA23012结冰翼型气动性能受不同覆冰粗糙度的影响较小,仅仅增加翼型后缘分离涡宽度,对NACA0012结冰翼型影响较大,使其失速攻角延迟。此外,当翼型前缘生成霜冰时,NACA23012霜冰翼型阻力系数增长速度高于NACA0012结冰翼型。 展开更多

关键词 风力机 寒冷地区 翼型结冰 覆冰粗糙度 气动性能

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于变形网格技术的非定常流动数值分析方法研究 被引量：3

13

作者 黄守智 李杰 +1 位作者 蒋胜矩 李凤蔚 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2005年第S6期186-188,共3页

在多块结构网格的框架下,发展了一种基于改进的无限插值理论的变形网格技术并应用于非定常流动分析。主要采用隐式双时间方法对几种翼型的非定常运动进行了数值模拟,计算结果与实验吻合良好,验证了计算方法的有效性。最后简单介绍了变... 在多块结构网格的框架下,发展了一种基于改进的无限插值理论的变形网格技术并应用于非定常流动分析。主要采用隐式双时间方法对几种翼型的非定常运动进行了数值模拟,计算结果与实验吻合良好,验证了计算方法的有效性。最后简单介绍了变形网格技术在翼型结冰数值模拟中的进一步运用。 展开更多

关键词 变形网格 TFI 隐式 双时间 非定常 翼型结冰

在线阅读 下载PDF 职称材料