高速网络拥塞控制与风力涡轮机叶片气动分析

### 高速网络拥塞控制与风力涡轮机叶片气动分析 #### 1. 高速网络TCP变体拥塞控制 在高速网络中，TCP（传输控制协议）的不同变体在拥塞控制方面有着不同的表现。在模拟开始时，所有TCP变体都采用了非常快的变化速率，且延迟为零。这是因为我们采用了为高速网络设计的拥塞管理算法，这是正常现象。 然而，当恒定比特率（CBR）超过1800 Mbps时，所有变体的延迟都显著增加，其中HSTCP、Illinois和Westwood这三种算法的延迟增加更为明显。 在连接开始时，所有TCP变体都没有记录到丢包情况。但在出现拥塞后，所有拥塞管理算法开始丢包，且丢包值几乎相同。并且，网络拥塞越严重，丢包率就越高。值得注意的是，Westwood的丢包值最低，而Cubic的丢包率最高。 不同TCP变体在无拥塞情况下的行为几乎相似，但一旦网络拥塞，每个变体都会以自己的方式解决问题。因此，选择哪种变体取决于具体情况，因为每个变体都是为满足非常特定的要求而设计的。在高速变体中，有基于丢包的、基于延迟的，甚至还有结合两者的混合类型。所以，选择哪种变体取决于每个应用和每种网络类型的需求。 以下是不同TCP变体在拥塞控制方面的特点总结： | TCP变体 | 延迟表现 | 丢包率表现 | | ---- | ---- | ---- | | HSTCP | CBR超过1800 Mbps后延迟显著增加 | 拥塞时丢包情况与其他变体类似 | | Illinois | CBR超过1800 Mbps后延迟显著增加 | 拥塞时丢包情况与其他变体类似 | | Westwood | CBR超过1800 Mbps后延迟增加 | 丢包值最低 | | Cubic | CBR超过1800 Mbps后延迟增加 | 丢包率最高 | #### 2. 风力涡轮机叶片气动分析 ##### 2.1 研究背景与目的 风能是最重要的可再生能源之一，因其在许多地方都有可用性且具有可持续性。为了优化风力发电场的生产性能，需要对所选区域的风特性进行详细分析。风力涡轮机设计的主要目标是最大化风能的生产。在空气动力学轮廓方面，期望实现两个目标：一是增加升力系数，二是降低阻力系数，从而将风能转化为机械能，再转化为电能。 为了实现这一目标，许多研究人员专注于通过研究叶片形状和优化其空气动力学特性来降低风力涡轮机的成本。计算流体动力学（CFD）是模拟风力涡轮机周围气流运动的最佳工具。由于计算中的气流是湍流，使用k - ω SST湍流模型来求解Navier - Stokes方程并进行计算是稳定的。同时，需要准确预测失速现象（失速角），并将NACA风洞实验测量结果与数值模拟结果进行比较以验证模型。 ##### 2.2 材料与方法 - **Navier Stokes方程**：为了数学描述流体的流动，使用三个偏微分方程，即质量、动量和能量守恒方程，假设流体为连续介质。 - 质量守恒方程：$\frac{\partial\rho}{\partial t}+\nabla\cdot(\rho\vec{u}) = S_m$ - 动量守恒方程：$\frac{\partial}{\partial t}(\rho\vec{u})+\nabla\cdot(\rho\vec{u}\vec{u}) = -\nabla p+\nabla\cdot(\tau)+\rho\vec{g}+\vec{F}$ - 应力张量公式：$\tau=\mu\left[(\nabla\vec{u}+\nabla\vec{u}^T)-\frac{2}{3}(\nabla\cdot\vec{u})I\right]$ - 不可压缩流的连续性方程：$\frac{\partial u}{\partial x}+\frac{\partial v}{\partial y}=0$（二维）；$\frac{\partial u}{\partial x}+\frac{\partial v}{\partial y}+\frac{\partial w}{\partial z}=0$（三维） - 粘性流的动量方程：$\rho\frac{Du}{Dt}=-\frac{\partial p}{\partial x}+\frac{\partial\tau_{xx}}{\partial x}+\frac{\partial\tau_{yx}}{\partial y}+\frac{\partial\tau_{zx}}{\partial z}+\rho f_x$；$\rho\frac{Dv}{Dt}=-\frac{\partial p}{\partial y}+\frac{\partial\tau_{xy}}{\partial x}+\frac{\partial\tau_{yy}}{\partial y}+\frac{\partial\tau_{zy}}{\partial z}+\rho f_y$；$\rho\frac{Dw}{Dt}=-\fra