摘要：为了实现流体颗粒的双向耦合,在国家数值风洞风雷软件开源框架中设计开发了基于点力模型的紧耦合颗粒求解器,同时在流体求解器部分增加了颗粒源项,并在此基础上分析了可压缩流动中的颗粒调制规律。首先,主要介绍了颗粒求解器中涉及的颗粒受力模型、求解方法、边界条件、流动信息插值方法等。其次,基于对经典泊肃叶流动中颗粒运动轨迹、平板边界层中颗粒运动及其对流动影响的算例文献和理论,对所开发代码进行了检验,结果证明了颗粒求解器对两相流模拟的能力。最后,开展可压缩平板层流边界层中颗粒-流动相互作用的初步研究,发现在模拟的参数条件下,颗粒的存在将增加边界层摩阻和热流,降低边界层厚度,颗粒本身沿程逐渐向壁面累积。

摘要：风力机的尾流效应对下游风力机的气动性能和疲劳载荷均有重要影响。为了研究叶尖速比对水平轴风力机非定常尾迹特性的影响,该研究在中性大气条件下采用基于致动线模型的大涡模拟(Large Eddy Simulation, LES)方法对不同叶尖速比下运行的风力机进行了数值模拟,并采用本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition, POD)方法对风力机尾迹结构进行了分析。结果表明,叶尖速比对风力机下游12D(D为风轮直径)范围内速度分布有显著影响,随着流向距离的增加,叶尖速比的影响逐渐减弱;风轮尾迹中2D处的速度亏损最大,在下游28.5D附近速度完全恢复;叶尖速比对风力机尾迹湍流强度有很大影响,叶尖速比为2时尾流湍流强度最弱,而叶尖速比为3时尾流湍流强度最大,说明该叶尖速比下尾流与大气边界层掺混作用剧烈,有利于尾迹速度恢复;叶尖速比对风力机尾迹结构的尺度和含能大小有显著影响,叶尖速比为3时尾迹中的大尺度结构及其含能占比最高,随着POD模态阶数的增加,尾流结构尺度和含能逐渐减小;风力机尾迹结构由反向旋转的高、低速涡对组成,其垂向尺度可达到整个边界层厚度,而风力机风能吸收利用效率主要体现在尾迹展向湍涡结构的尺度。该研究可为深入理解叶尖速比对风力机尾迹平均统计特征及结构演化的影响提供依据,为风力机优化设计和运行策略制定提供帮助。