Numeryczna symulacja opływu wokół płata o zmodyfikowanej krawędzi natarcia Michał Durka
Politechnika Poznańska
Inspiracja Inspiracją mojej pracy był artykuł w Świecie Nauki opisujący znakomite charakterystyki aerodynamiczne płetw pewnego gatunku wieloryba przy małych liczbach Reynoldsa.
Schemat modyfikacji Fragment skrzydła o nieskończonej rozpiętości. (widok z góry)
Schemat modyfikacji Profil: zmodyfikowany NACA0009
Parametry obliczeń Użyty program: Fluent 6.2 Liczba Reynoldsa: 1 400 000 Prędkość przepływu: 25 m/s Średnia cięciwa: 1m Modele turbulencji: Spalart Allmaras`a i k-ε Intensywność turbulencji na wlocie: 1% Wymiar charakterystyczny turbulencji: 2mm Kąty natarcia: od 0º do 16º co 2º Przeprowadzono równoległe obliczenia dla płata prostego i zmodyfikowanego
Geometria widok ogólny i część wewnętrzna
Warunki brzegowe Niebieski - zadana prędkość na wlocie Czerwony - odpływ Powierzchnie profilu - ścianka Boki sekcji - symetria
Siatka widok ogólny
Siatka część wewnętrzna
Siatki widok z góry
Szczegół siatki dla modeli Spalart Allmaras`a i k-ε
Weryfikacja wyniku Dla zweryfikowania wyniku porównałem wartości współczynników siły nośnej i oporu dla prostego skrzydła z wynikami obliczeń dokonanych przy pomocy programu X-FOIL oraz z danymi z raportu NACA dla profilu NACA0009. Porównałem także rozkłady ciśnienia wzdłuż profilu dla kilku kątów natarcia z rozkładami otrzymanymi przy pomocy programu X-FOIL.
Cz [-] Charakterystyka c z (α) cz(α) 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 FLUENT K-E X-FOIL turb NACA X-FOIL FLUENT S-A 0,2 0-0,2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 α [deg]
Cx [-] Charakterystyka c x (α) cx(α) 0,25 0,2 0,15 0,1 FLUENT K-E X-FOIL turb NACA X-FOIL FLUENT S-A 0,05 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 α [deg]
X-FOIL Rozkłady ciśnienia na profilu dla kąta natarcia 2º FLUENT
Wyniki obliczeń Dla skrzydła zmodyfikowanego i prostego
cz [-] Charakterystyki c z (α) cz(α) 1,2 1 0,8 0,6 0,4 pros ke modyf ke pros SA modyf SA 0,2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-0,2 α [deg]
cx [-] Charakterystyki c x (α) cx(α) 0,25 0,2 0,15 0,1 pros ke modyf ke pros SA modyf SA 0,05 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 α [deg]
cz [-] Biegunowe cz(cx) 1,2 1 0,8 0,6 pros modyf 0,4 0,2 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 cx [-]
K [-] K(α) K(alfa) 25 20 15 pros modyf 10 5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 α [deg]
w [m/s] Biegunowe prędkości bieg v 0 0 5 10 15 20 25 30-0,5-1 -1,5-2 pros modyf -2,5-3 -3,5 v [m/s]
Próba wyjaśnienia zaobserwowanych efektów Wizualizacja niektórych parametrów przepływu dla prostego i zmodyfikowanego płata dla kąta natarcia 12º
Rozkłady ciśnień wzdłuż profili
Rozkłady ciśnień wzdłuż profilu (skrzydło proste)
Rozkłady ciśnień wzdłuż profili (skrzydło zmodyfikowane)
Rozkład ciśnienia na skrzydle prostym [Pa]
Rozkład ciśnienia na skrzydle zmodyfikowanym [Pa]
Rozkład ciśnienia w płaszczyźnie naroża wewnętrznego [Pa]
Rozkład prędkości wokół skrzydła prostego [m/s]
Detal rozkładu prędkości wokół skrzydła prostego - oderwanie
Rozkład prędkości w płaszczyźnie naroża wklęsłego [m/s]
Rozkład prędkości w płaszczyźnie 0,05 m od naroża wklęsłego [m/s]
Rozkład prędkości w płaszczyźnie 0,1 m od naroża wklęsłego [m/s]
Rozkład prędkości w płaszczyźnie naroża wypukłego [m/s]
Przepływy poprzeczne przy skrzydle zmodyfikowanym [m/s]
Rozkład prędkości w pobliżu górnej powierzchni skrzydła [m/s]
Rozkład prędkości w pobliżu dolnej powierzchni skrzydła [m/s]
Wartości prędkości w niektórych przekrojach [m/s]
Możliwe zastosowania Samoloty szkolne Samoloty rolnicze Samoloty wysokomanewrowe Zamiast stałego slotu Na statecznikach
Wnioski Zastosowane metody nie są do końca wiarygodne ze względu na znaczny obszar oderwania oraz niemożność modelowania przejścia laminarno-turbulentnego W celu dokładniejszego poznania zjawiska należałoby przeprowadzić badania tunelowe płatów z wypustkami trójkątnymi
Wnioski W celu zbadania wpływu wypustek trójkątnych na opór indukowany dobrze byłoby przeprowadzić badania numeryczne dla płata o skończonej rozpiętości Wystąpiły pewne różnice w stosunku do badań płetw wielorybów wynikające z innej liczby Reynoldsa, rozważania skrzydła o nieskończonej rozpiętości, a także z trudności uwzględnienia przejścia laminarnoturbulentnego
Wnioski Jeśli dalsze badania potwierdzą wyższość obłych wypustek nad trójkątnymi, to tam gdzie jest to możliwe (w technologii kompozytów) należałoby stosować wypustki o obłym kształcie
Pytania?
Dziękuję za uwagę