旋转风力涡轮叶片上边界层稳定性的数值研究
摘要：在以$1\times10^5$翼弦雷诺数和不同迎角($AoA$)下，通过直接数值模拟和线性稳定性理论研究了旋转风力涡轮叶片上的层流-湍流转捩。旋转效应取决于流向压力梯度和直流/反流状态。在$AoA=12.8^\circ$的情况下，旋转减缓了层流分离气泡(LSB)中的流动，并使混合的Tollmien-Schlichting/Kelvin-Helmholtz(TS/KH)不稳定性更加不稳定。旋转促使了一个斜向的次级不稳定机制，迅速将KH卷帘破碎为小尺度湍流。亚谐波机制在不旋转的情况下占主导地位，减缓了转捩。然而，旋转加速了分离之前的边界层流动，受到强不良压力梯度(APG)的影响，稳定了TS波并延迟转捩$3\%$以及再附着$4\%$。在$AoA=4.2^\circ$和$AoA=1.2^\circ$的情况下，旋转减速了分离之前的流动，受到有利压力梯度(FPG)的影响，使TS波更不稳定。然而，旋转加速了分离流动，部分稳定了KH机制。旋转进一步促进了引起定常和行波横流模式的拐点横向速度剖面的出现。这些模式比剪切层的TS/KH机制不稳定性更小，但会导致一致的横向速度结构的形成。对于$AoA=4.2^\circ$，旋转使旋转案例中的亚谐波次级不稳定机制比无旋转的斜向机制更强。对于$AoA=1.2^\circ$，无论旋转与否，亚谐波机制都占主导地位。请注意，旋转不改变$AoA=4.2^\circ$和$AoA=1.2^\circ$情况下的转捩位置。最后，旋转稳定了这些情况下发现的绝对不稳定性。
作者：Thales Coelho Leite Fava, Dan Henningson, Ardeshir Hanifi
论文ID：2307.16494
分类：Fluid Dynamics
分类简称：physics.flu-dyn
提交时间：2023-08-01