题目：大型风力机非线性湍流模型气动数值模拟

摘 要大型风力机在复杂环境和载荷下工作，涉及的流动问题高度复杂，其流场具有各种不同尺度的相干结构和三维非定常特性，如叶面复杂扰流、三维旋转效应、叶根叶尖涡等复杂非定常现象。传统的线性涡粘系数模型对带有大分离或非定常以及强各向异性的湍流存在固有的问题。本文主要研究某一种三维非线性 湍流模型,通过引入非线性雷诺应力的假设，对一系列非定常现象进行更准确模拟，进而将其运用到某型号风力机的非定常气动特性模拟上去。本文采用这种先进的非线性k-ε湍流模型模拟了高Reynolds数方柱绕流和S809风力机翼型分离流动等典型的非定常大分离流动现象。这些流动包含湍流、分离及大尺度非定常涡脱落等复杂流动现象，湍流模型的选取对于这些问题求解的精度有着关键的作用。本文在FLUENT商业软件基础上，利用UDF功能添加所采用的非线性k-ε湍流模型。以具有丰富实验和数值模拟结果的非定常方柱绕流为算例，验证了本文采用的非线性k-ε湍流模型对于非定常和大分离复杂湍流流动求解的优势，结果表明非线性k-ε湍流模型相对于传统湍流模型，能够更好的模拟非定常方柱大分离流动，尤其适合于预测非定常气动力系数。在此基础上，利用该非线性k-ε湍流模型模拟了S809厚翼型大分离流动。结果表明，在来流小攻角和中等攻角下，非线性k-ε湍流模型比线性k-ε湍流模型更适合于预测定常分离流动时的升力系数和翼面压力分布，但当攻角逐渐增大后，随着上翼面的尾涡的前移，非线性k-ε湍流模型的优势逐渐消失，当攻角增大到上翼面完全失速分离时，两种湍流模型的结果都与实验结果相差甚远，可通过调节非线性湍流模型的系数才能改进数值模拟的精度。最后，本文在教研室开发出来的先进计算平台DHT上，通过数值模拟风力机非定常流场，再通过计算和实验结果的对比以及对于流场结构的分析来找出引起计算误差大的原因，为发展更适合于风力机流场计算的湍流模型和格式提供参考。本文将之前经过验证的该非线性k-ε湍流模型应用到三维风力机的气动数值模拟上，以期改进模拟精度，但结果不太理想，模型参数有待调节。