针对分离式尾缘襟翼翼缝对翼型气动性能与襟翼调控能力的影响,采用计算流体力学方法结合2种湍流模型从翼型宏观气动力与微观流场结构的角度对不同外形的翼缝进行了研究。在对比分析直翼缝与弯曲翼缝气动性能与流场结构的基础上,对翼缝外形进行了改进,并进一步分析了改进后翼缝的气动性能。结果表明:直翼缝在附着流时升力系数损失大于弯曲翼缝,而分离流时其延缓失速能力较强;改进翼缝能很好地贴合流体流动状态,相对于直翼缝,附着流时其升力损失较小;对于襟翼的载荷调控能力,未改进翼缝使襟翼调控能力有所减弱,改进翼缝不影响襟翼在正方向偏转时的调控能力。

提出了一种"多造型函数组合"的燃烧室过渡段气动造型设计方法,包括设计原则、技术路线以及坐标系设置、进出口轮廓线离散化等设计步骤,并给出了中心线为SS形、SU形和凹形3种典型气动造型的设计示例。对于出口环扇形圆角半径较小和圆心角较大的2种特殊情况,给出了改进的设计方法和设计示例。结果表明:所提方法可便捷地设计出从进口圆形平滑过渡到出口环扇形的多种几何形状,适用于范围较广的气动造型设计,可作为燃烧室过渡段设计的重要手段。

以OB-84型动叶可调轴流风机为对象,采用数值模拟方法研究动叶尾缘处安装Gurney襟翼(GF)后对风机性能及内流特征的影响,并对其气动噪声进行评估。结果表明:增设GF可提高风机全压,且其高度越大,风机全压增幅越明显,同时促使最高风机效率点向大流量系数侧移动;高度为0.5%弦长的GF在动叶偏转±3°工况下均可提高大流量系数侧的风机效率;增设GF后,在叶顶处产生的次泄漏涡加剧了叶顶泄漏;尾缘下游区域产生的脱落涡增大了叶片吸力面与压力面间的压差;增设GF后风机气动噪声增大,选用高度为0.5%弦长的GF后,在设计工况点下风机全压和风机效率分别提高12.01%和3.13%。

针对仿生锯齿尾缘的降噪特性,将其应用到以NACA65-010叶型为原型通过加弯技术设计出的小型轴流风机上,通过风洞实验对比分析原型风机、传统锯齿尾缘风机与倾斜锯齿尾缘风机的气动特性,并在半消声室里通过Brüel&Kj?r手持式声强分析仪测量3种尾缘结构的风机噪声特性,研究倾斜角对风机尾缘噪声的影响。结果表明:在1 800 r/min转速下,倾斜锯齿尾缘风机在全流量范围内可使风机噪声下降1.15~2.38 dB,比传统锯齿尾缘风机降噪效果好,其中倾斜角φ=30°时降噪效果最佳,风机的比A声级下降1.87 dB;锯齿尾缘风机全压均有所下降,最高降低了8.3%。

提出一种在叶片尾缘布置分形孔的分形尾板叶片,以提高气动性能和改善流场流态。分别对原始叶片、无孔尾板叶片及分形尾板叶片进行三维流场数值计算,研究无孔尾板及分形尾板对叶片流场和气动特性的影响及流动机理。结果表明:分形尾板有助于改善叶片周围流场结构,降低了叶片吸力面上及周围的湍流强度,有效地延迟了流动分离;分形尾板叶片在提高最大升力系数的同时,延迟了失速的发生,且阻力系数较无孔尾板叶片小;在临近失速攻角时,分形尾板叶片阻力系数比无孔尾板叶片表现出较好的气动性能。

为抑制动态失速效应,以NACA0012为基础翼型,提出在前缘布置气动滑片的翼型。采用滑移网格和重叠网格相结合的技术,通过SST k-ω湍流模型对动态失速特性进行数值模拟,研究气动滑片对翼型气动性能的影响。结果表明:在上仰过程中,气动滑片能有效抑制动态失速的发生,延缓翼型前缘分离涡的产生;与原始翼型相比,气动滑片可在翼型上仰过程中显著减小阻力系数,并使翼型升阻比增大;在下俯过程中,气动滑片翼型的升力系数明显增大,且翼型运动过程中的迟滞效应减弱;气动滑片高度与翼型升阻比的提升效果密切相关。

针对传统超临界二氧化碳(S-CO2)透平设计方法精准度差、设计及优化周期长的问题,基于一元流动理论建立了快速的S-CO2向心透平热力设计方法,结合高精度的三维气动分析方法,提出了一种基于Gauss过程回归的设计-优化方法,利用热力设计以及Gauss过程回归预估透平气动设计的真实效率,并在模拟退火过程中检验设计结果的有效性,通过S-CO2透平的设计及优化算例证明了该方法的高效性。结果表明:透平等熵效率从初始设计方案的83.68%提升至最优设计方案的91.20%,对于传统的气动设计及模拟退火方法需要120次的气动分析,而该方法仅需24次气动分析,大幅缩短了设计-优化时间,具有较高的工程实用价值。

为研究大型风力机的主动降载控制方法,以NREL 5 MW参考风力机为研究对象,建立了具有尾缘襟翼的智能叶片风力机非定常气动模型,并分析其非定常气动性能。基于x-LMS分别对桨距角和尾缘襟翼角进行控制,提出将二者结合的复合主动降载控制方法,并分析了在不同风况下所提控制方法的控制效果。结果表明:所建模型可有效模拟出智能叶片风力机的非定常气动性能;所提控制方法可同时抑制高频与低频叶根挥舞弯矩波动,并显著降低叶片疲劳载荷,有利于风力机的稳定运行。

以带有尾缘襟翼的NREL 5 MW参考风力机为研究对象,综合考虑非定常气动力、气动阻尼和弯扭耦合等因素,建立了改进的智能叶片气弹模型,并与FAST平台进行仿真对比。基于径向基函数(RBF)神经网络自适应比例、积分、微分(PID)方法设计了尾缘襟翼主动控制器,在标准湍流风况下对叶尖偏移量进行仿真控制。结果表明:改进气弹模型的准确度较高;尾缘襟翼主动控制方法可有效减小叶尖偏移量的波动。

以OB-84型动叶可调轴流风机为研究对象,采用大涡模拟和FW-H声学模型对锯齿尾缘动叶风机进行了数值模拟,探讨了不同锯齿长度的尾缘对风机气动噪声、压强脉动及性能的影响,并分析了其流场特征和降噪机理。结果表明:锯齿尾缘可明显降低风机的中低频段噪声和流道中气流的压强脉动强度,锯齿长度越大,其影响越明显;锯齿尾缘增强了尾流区的流动掺混,改变了动叶尾缘脱落涡结构,形成了2层整齐的"梳状"流向对涡,由此降低了风机的气动噪声;模型A、模型B和模型C均可以在设计流量或小流量下提高风机效率,以模型A提升最明显,但在大流量下性能均低于原风机。