[論文レビュー] Numerical Investigation of Unsteady Aerodynamic Effects on Thick Flatback Airfoils

Galih Bangga, Thorsten Lutz+1 more|arXiv (Cornell University)|May 11, 2017

Fluid Dynamics and Turbulent Flows参考文献 5被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、非定常CFDシミュレーションを用いて、異なる後縁厚さを有する厚みのあるフラットバック翼型の空力的挙動を調査した。ストローイル数は失速前の迎角で揚力係数に依存しないが、後縁厚さが増加するにつれて増加し、低迎角における後縁剥離を考慮した修正されたストローイル数の定義を提案した。

ABSTRACT

The unsteady characteristics of the flow over thick flatback airfoils have been investigated by means of CFD calculations. Sandia airfoils which have 35% maximum thickness with three different trailing edge thicknesses were selected. The calculations provided good results compared with available experimental data with regard to the lift curve and the impact of trailing edge thickness. Unsteady CFD simulations revealed that the Strouhal number is found to be independent of the lift coefficient before stall and increases with the trailing edge. The present work shows the dependency of the Strouhal number and the wake development on the trailing edge thickness. A recommendation of the Strouhal number definition is given for flatback airfoils by considering the trailing edge separation at low angle of attack. The detailed unsteady characteristics of thick flatback airfoils are discussed more in the present paper.

研究の動機と目的

• 異なる後縁厚さを有する厚みのあるフラットバック翼型における非定常空力的影響を分析すること。
• 揚力曲線および後縁厚さの影響について、実験データとCFD結果を検証すること。
• 後縁形状が流れの尾根発展および渦剥離に与える影響を調査すること。
• 後縁剥離を考慮したフラットバック翼型に特化した修正されたストローイル数の定義を提案すること。
• 風力タービンブレード設計に不可欠な非定常流れ特性に関する知見を提供すること。

提案手法

• 構造化CFDソルバを用いた非定常RANS（URANS）シミュレーションを実施する。
• 最大厚さ35%のサンダイ翼型を用い、3種類の異なる後縁厚さを設定する。
• 揚力係数および圧力分布について、利用可能な実験データとシミュレーション結果を検証する。
• 時間平均および非定常流れ場を分析し、渦剥離周波数およびストローイル数を抽出する。
• 低迎角における尾根発展および剥離パターンを検討し、後縁の影響を評価する。
• 後縁剥離ダイナミクスに基づいた修正されたストローイル数の定義を提案する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 後縁厚さは、厚みのあるフラットバック翼型における非定常流れ特性および渦剥離周波数にどのように影響するか？
• RQ2 これらの翼型において、失速前の迎角でストローイル数が揚力係数に依存しない範囲はどの程度か？
• RQ3 後縁厚さは、尾根発展および流れ剥離にどのように影響するか？
• RQ4 後縁形状は、標準的なストローイル数定義の正確性にどのような影響を及ぼすか？
• RQ5 修正されたストローイル数定義は、フラットバック翼型における非定常空力特性の特徴づけを改善できるか？

主な発見

• 非定常CFDシミュレーションは、揚力曲線および後縁厚さの影響について、実験データと良好な一致を示した。
• ストローイル数は失速前の迎角で揚力係数に依存せず、揚力レベルに関わらず一貫した渦剥離周波数を示した。
• ストローイル数は後縁厚さが増加するにつれて増加し、より強い非定常効果を示した。
• 尾根発展は後縁厚さに著しく影響を受けており、厚い後縁では早期かつ顕著な渦剥離が促進された。
• 低迎角における後縁剥離を考慮した修正されたストローイル数定義の提案がなされた。
• 本研究では、後縁厚さが特に失速前領域において非定常空力的挙動に重要な役割を果たすことが確認された。