改進SA模型對翼型分離流動的數值模擬

周大高 柳陽威 文曉慶 陸利蓬

(北京航空航天大學能源與動力工程學院，北京100191)

葉片是風力機結構中的關鍵部件，其性能決定了風力機的風能轉化效率.因此，準確的對風力機葉片進行氣動性能計算進而優化葉片的設計具有重要的意義.近年來，隨著(CFD，Computational Fluid Dynamics)技術的發展，采用CFD對風力機氣動性能進行模擬得到了廣泛地應用.CFD能夠反映流場內流動機理及葉片所承受氣動載荷的細節，有利于指導設計者改進葉片氣動外形和局部結構強度等［1］.馬林靜等人［2］采用 3 種湍流模型(單方程SA模型、兩方程k-ε模型和SST k-ω模型)，對美國National Renewable Energy Laboratory(NREL)風力機翼型S825進行了二維數值模擬;通過數值計算結果與實驗數據［3］進行比較，在這3種模型中SA湍流模型進行氣動性能預測相對精度較高.任年鑫等人［4］考慮到失速現象出現后數值模擬的湍流動能耗散項的計算偏差，提出對SST k-ω模型耗散項相關參數的修正，并起到一定的效果.

現階段通過傳統湍流模型對風力機翼型大分離下的流動仍難以給出令人滿意的模擬結果，其根本原因是現有的湍流模型不能正確模擬分離流動下湍流的強非平衡輸運特性.因此，本文基于對流場湍流輸運特性的分析，提出改進傳統SA模型的方法，數值模擬結果表明采用該方法對翼型分離流動的模擬能力有顯著的提高.

1 數值方法

算例是美國NREL水平軸風力機專用S系列翼型S825，最大相對厚度17%(相對弦長)，具體葉型參數及相關實驗參見文獻［4］.計算的攻角范圍……