通过数值仿真方法研究了一种前缘附加旋转圆柱的NACA0015翼型气动性能,分析了圆柱与主体间间隙大小及圆心距离前缘位置两个主要参数对翼型升阻比的影响,获得了一组具有最佳气动特性的旋转圆柱参数,并利用此翼型建立了二维基于Magnus效应的H型垂直轴风力机模型。基于滑移网格技术,选用Spalart-Allmaras方程湍流模型和基于压力隐式的SIMPLE算法对风轮流场进行非定常数值模拟研究。制作了风机模型并进行测试,验证了前缘旋转圆柱对风力机性能有一定的提升作用。

以动压气体轴承间隙内流动为背景,研究旋转圆柱微间隙剪切流动特性,采用有限体积法对内壁高速旋转的两圆柱间隙内流动特性进行分析,讨论偏心率、间隙比和转速等因素对压力和速度分布的影响,同时分析通道内泰勒-库特流动规律,及泰勒涡对速度分布产生的影响。结果表明,偏心率或转速的增加以及间隙比的减小,使得压力绝对值上升,压力极值点随着偏心率的增加向最小气膜间隙处移动;偏心率高于0.3时,间隙内出现流动分离形成回流,当偏心率增高至0.8时,回流区周向角度占比达到0.73;泰勒涡的出现使间隙内速度产生波状分布,切向速度最低减至0。分析结果可为了解动压气体轴承内部工作机理提供指导和依据。

流体流过旋转圆柱形成的不对称流场会在圆柱上产生侧向流致力(升力),这种流致力在航海和风能利用方面有很广的应用前景,旋转圆柱气动力特性的研究对这些应用有重要的意义。通过测量旋转圆柱体在不同转速和风速下的气动力和尾流场,讨论了不同雷诺数范围旋转圆柱的气动特性。结果表明雷诺数是影响旋转圆柱气动力的重要因素亚临界区旋转圆柱的侧向力主要体现为马格努斯效应,升力指向切向速度与风速相同一侧,随着转速比的增大而增大;在临界区,圆柱的转动会诱发流体在切向速度与风速相反一侧形成再附现象,形成指向该侧的升力,随着转速的提高,升力不会发生明显变化。此外,雷诺数效应会受到转速的影响随着转速提高,发生阻力损失的雷诺数会变小,出现再附现象的雷诺数范围变大。