[논문 리뷰] Numerical Investigation of Unsteady Aerodynamic Effects on Thick Flatback Airfoils

Galih Bangga, Thorsten Lutz외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 05. 11.

Fluid Dynamics and Turbulent Flows참고 문헌 5인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 다양한 尾縁 두께를 가진 두꺼운 평판형 날개모양의 공기역학적 거동을 분석하기 위해 비정상적인 CFD 시뮬레이션을 사용한다. 연구 결과, 정상 상태 이전의 양력 계수와는 무관하게 스트라우할 수는 일정하지만, 尾縁 두께가 증가함에 따라 증가하며, 저각도 공격각에서의 尾縁 분리 현상을 고려한 수정된 스트라우할 수 정의를 제안한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 다양한 尾縁 두께를 가진 두꺼운 평판형 날개모양의 비정상적 공기역학적 영향을 분석하기 위해.
• 양력 곡선과 尾縁 두께 영향에 대해 시뮬레이션 결과를 실험 데이터와 비교 검증하기 위해.
• 尾縁 형상이 난류 발달과 소용돌이 방출에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 尾縁 분리 현상을 고려한 평판형 날개모양에 특화된 수정된 스트라우할 수 정의를 제안하기 위해.
• 풍력 터빈 블레이드 설계에 핵심적인 비정상적 유동 특성에 대한 통찰을 제공하기 위해.

제안 방법

• 구조적 CFD 솔버를 사용하여 비정상적 레이놀즈 평균 나비에-스토크스(URANS) 시뮬레이션을 수행하기 위해.
• 최대 두께 35%인 샌디아 날개모양을 사용하고, 세 가지 다른 尾縁 두께를 적용하기 위해.
• 양력 계수 및 압력 분포에 대해 가용한 실험 데이터와 시뮬레이션 결과를 비교 검증하기 위해.
• 시간 평균 및 비정상적 유동장을 분석하여 소용돌이 방출 주파수와 스트라우할 수를 추출하기 위해.
• 저각도 공격각에서의 난류 발달 및 분리 패턴을 검토하여 尾縁 영향을 평가하기 위해.
• 尾縁 분리 동역학을 바탕으로 수정된 스트라우할 수 정의를 제안하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 尾縁 두께는 두꺼운 평판형 날개모양의 비정상적 유동 특성과 소용돌이 방출 주파수에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 이러한 날개모양에서 정상 상태 이전에 스트라우할 수가 양력 계수에 독립적인가?
• RQ3 尾縁 두께는 난류 발달과 유동 분리에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 尾縁 형상은 표준 스트라우할 수 정의의 정확성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 수정된 스트라우할 수 정의는 평판형 날개모양의 비정상적 공기역학적 특성 기술에 개선을 가져올 수 있는가?

주요 결과

• 비정상적 CFD 시뮬레이션은 양력 곡선과 尾縁 두께 영향에 대해 실험 데이터와 양호한 일치를 보였다.
• 정상 상태 이전에는 스트라우할 수가 양력 계수와 무관하게 일정했으며, 이는 다양한 양력 수준에서 일관된 소용돌이 방출 주파수를 의미한다.
• 스트라우할 수는 尾縁 두께가 증가할수록 증가하여 더 강한 비정상적 효과를 나타낸다.
• 난류 발달은 尾縁 두께에 의해 크게 영향을 받으며, 두꺼운 尾縁은 조기에 더 두드러진 소용돌이 방출을 촉진한다.
• 저각도 공격각에서의 尾縁 분리를 고려한 수정된 스트라우할 수 정의가 권장된다.
• 이 연구는 尾縁 두께가 특히 정상 상태 이전 영역에서 비정상적 공기역학적 거동에 결정적인 역할을 한다고 확인하였다.