[论文解读] Numerical Investigation of Unsteady Aerodynamic Effects on Thick Flatback Airfoils
本研究采用非定常计算流体动力学（CFD）模拟，研究了不同后缘厚度的厚型平尾翼型的气动特性。结果表明，在失速前，斯特劳哈尔数与升力系数无关，但随后缘厚度增加而增大，因此建议采用一种修正的斯特劳哈尔数定义，以考虑低迎角时后缘分离的影响。
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.
研究动机与目标
- 分析不同后缘厚度的厚型平尾翼型的非定常气动效应。
- 通过实验数据验证CFD模拟结果在升力曲线和后缘厚度影响方面的准确性。
- 研究后缘几何形状对尾迹发展和涡旋脱落的影响。
- 提出一种针对平尾翼型的修正斯特劳哈尔数定义，以考虑后缘分离的影响。
- 为风力涡轮机叶片设计提供关键非定常流动特性的见解。
提出的方法
- 使用结构化CFD求解器进行非定常雷诺平均纳维-斯托克斯（URANS）模拟。
- 采用最大厚度为35%的桑迪亚翼型，并设置三种不同的后缘厚度。
- 将模拟结果与可用的实验数据进行对比，验证升力系数和压力分布的准确性。
- 分析时均流场和非定常流场，提取涡旋脱落频率和斯特劳哈尔数。
- 研究低迎角时的尾迹发展和分离模式，以评估后缘的影响。
- 基于后缘分离动力学提出一种修正的斯特劳哈尔数定义。
实验结果
研究问题
- RQ1后缘厚度如何影响厚型平尾翼型的非定常流动特性和涡旋脱落频率？
- RQ2在这些翼型中，斯特劳哈尔数在失速前是否与升力系数无关？程度如何？
- RQ3后缘厚度如何影响尾迹发展和流动分离？
- RQ4后缘几何形状对标准斯特劳哈尔数定义的准确性有何影响？
- RQ5是否可以通过修正的斯特劳哈尔数定义改善对平尾翼型非定常气动特性的表征？
主要发现
- 非定常CFD模拟在升力曲线和后缘厚度影响方面与实验数据吻合良好。
- 在失速前，斯特劳哈尔数与升力系数无关，表明不同升力水平下涡旋脱落频率保持一致。
- 斯特劳哈尔数随后缘厚度增加而增大，表明非定常效应更强。
- 尾迹发展显著受后缘厚度影响，较厚的后缘促进更早且更明显的涡旋脱落。
- 建议采用一种修正的斯特劳哈尔数定义，以考虑低迎角时的后缘分离。
- 本研究证实，后缘厚度在非定常气动行为中起着关键作用，尤其是在预失速状态。
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