ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ЧИСЛЕННОЕ ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ТУРБУЛЕНТНОГО ОБТЕКАНИЯ J-ЛОПАСТИ РОТОРА ДАРЬЕ

Анотація

В работе проведено экспериментальное и численное изучение физических особенностей турбулентного обтекания J-лопасти ротора Дарье вертикально-осевой ветроэнергетической установки для произвольного угла атаки. Экспериментальные исследования модели лопасти проведены в аэродинамической трубе Т–5, расположенной в лаборатории кафедры аэрогидромеханики и энергомассопереноса Днепропетровского национального университета имени Олеся Гончара. Результаты экспериментов представлены в виде графиков, отражающих зависимости аэродинамических характеристик J-профиля от угла атаки. Численное моделирование выполнено на базе разработанного специализированного CFD пакета. Для моделирования турбулентности использованы два подхода. Первый, основанный на моделировании на базе осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса (URANS) с использованием дифференциальной однопараметрической модели Spalart-Allmaras, адаптированной к тензору скоростей деформаций (SALSA), а второй – гибридный подход, основанный на моделировании отсоединенных вихрей с задержкой (DDES). Выделены этапы зарождения, развития и срыва вихрей при обтекании J-профиля лопасти ротора Дарье. Рассчитаны значения основных аэродинамических характеристик для произвольных углов атаки. Существенные нестационарные явления проявляются при больших углах атаки профиля. Наблюдается широкий разброс по значениям аэродинамических характеристик для данного типа лопасти в зависимости от направления потока воздуха. Результаты вычислительных экспериментов показали, что подход, основанный на моделировании крупных вихрей с задержкой (DDES), лучше воспроизводит нестационарные физические особенности, возникающие при обтекании J-профиля. Такая картина обтекания представляется более реалистичной, обеспечивает лучшее согласование с экспериментальными данными.