尾缘襟翼对扑翼的获能特性影响

扑翼获能器是一种模仿飞鸟振翅扑动的新型获能装置.为提高扑翼的获能效率,建立了一种带有尾缘襟翼的扑翼模型,且该种襟翼在扑翼运行过程中始终向翼型压力面偏转,利用计算流体力学方法求解了二维不可压缩非稳态Navier-Stokes方程.在雷诺数Re?=?4.7×105的工况下,分析了尾缘襟翼对扑翼流场的作用机理,并与原始翼型扑翼进行了对比.同时,还研究了翼型厚度对具有尾缘襟翼扑翼获能的影响.结果表明:扑翼升沉力做功占其获能的主要部分,应用尾缘襟翼后,扑翼的升沉力在整个扑动周期内都得到了提高,并且升沉力与升沉速度的协同性获得改善;尾缘襟翼对扑翼获能效率的提高作用在高频率下效果最为明显,最多可以得到23.5％的相对提升;此外,翼型厚度影响着扑翼前缘涡的演化,翼型厚度增加,前缘涡的生成受到抑制,扑翼获能效率则随翼型厚度增大呈先增加后降低的规律,因此存在最佳翼型.     

风力机翼型S809绕流流动特性的POD和DMD对比分析

失速时的流动分离现象对风力机叶片的气动性能有重要影响,S809作为典型水平轴风力机翼型,在临界失速攻角下气动性能会大幅降低。基于流动特征提取的非定常流场降阶模型（reduced-order model, ROM）是进一步深入了解非定常流动的重要手段。本文通过计算流体力学方法得到轻、深失速攻角下翼型的流动特征,对时变速度场进行本征正交分解（proper orthogonal decomposition, POD）和动态模态分解（dynamic mode decomposition, DMD）分析,得到轻、深失速下翼型的非定常流场信息（能量占比、模态频率等）。通过两种方法的对比,结果表明,POD和DMD方法能够准确捕捉流动过程中的非定常结构和升力主频相同的典型模态,但是POD方法由于基于能量特征,在捕捉模态时会忽略与升力主频相近但能量较小的流动结构,而基于频率特征的DMD方法能够准确获得场的演化信息（增长率、频率等）。本文研究有利于针对主频结构发展相应的流动控制方法,从而改善翼型流场情况,提高气动性能。     

襟翼形式对扑翼获能特性影响的对比分析

提高新能源利用效率、减少石化能源的消耗，是实现我国“碳达峰、碳中和”目标的关键。扑翼式获能器是一种可从流体中获取能量且结构简单、环境友好的新型获能装置。为有效提高传统扑翼获能器的获能特性，提出一种带有尾缘襟翼的新型扑翼获能器，并采用计算流体力学（CFD）方法对其获能特性进行了数值模拟研究，比较了采用不同偏转策略的带尾缘襟翼扑翼的绕流流场和获能效率，发现在一个运动周期里尾缘采用连续偏转（TP式）方法提升扑翼获能特性的效果最为显著。最后，对比分析了主动式的尾缘襟翼和被动式的格尼襟翼对其扑翼获能性能的影响。结果表明，尾缘襟翼对扑翼获能效率的提升主要体现在中高缩减频率工况（f*=0.12～0.22），在f*=0.18时获能效率最大，可提高到46.3%；而格尼襟翼对扑翼获能效率的提升主要体现在中低缩减频率工况（f*=0.08～0.14），在f*=0.12时获能效率最大，可提高到41.2%。因此这两种方法都具有实际应用前景和发展潜力。