H型垂直軸自由變偏角水輪機

2016-10-07  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

  在可再生能源利用裝置上,H型垂直軸自由變偏角水輪機最近幾年在國內(nèi)發(fā)展算比較快了,相關(guān)理論在很多文獻中都有介紹。這里研究一種升力型的水輪機,其結(jié)構(gòu)形式如下:

使用CFX對其進行仿真,和試驗的結(jié)果對比并給結(jié)構(gòu)設(shè)計提供基礎(chǔ)。

垂直軸自由變偏角葉輪的葉片可以繞自身小軸擺動,與主動式的葉輪不同,葉片擺角的變化規(guī)律是不確定的,葉片自身的運動比較復(fù)雜。其擺角變化是未知的,CFD計算要求從理論上解決擺角的控制問題。變偏角葉輪的葉片在運動過程中,根據(jù)達朗伯原理除了受到流體的作用力外,還受到由于葉片自身旋轉(zhuǎn)和加速運動(非定常運動)所產(chǎn)生的流體慣性力。這兩種力(矩)形式上構(gòu)成平行力系。最終推導(dǎo)出來的葉片繞自身轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動角加速度與其受到的水動力之間的關(guān)系:

CFX的模擬方法:

瞬態(tài)分析,控制葉輪沒一時間步長轉(zhuǎn)動3度,同時使用rotating網(wǎng)格+動網(wǎng)格:

使用subdomain+局部坐標的方法來定義葉片的公轉(zhuǎn)和自傳問題:

其實使用user fortran來計算葉片的角加速度會更好一些,這里直接使用CEl來控制,expressions有點多:

 

計算結(jié)果:

葉片的擺角變化:

單個葉片來流方向和與來流垂直方向上的受力如下(注意CFX中葉片的寬度只有0.01m):

整個葉輪受到的力矩變化:

6葉葉輪在水速1.2m時,CFX結(jié)果與實驗結(jié)果的對比如下。整個曲線的走向大致相同,CFX在速比較高時計算出來的結(jié)果比試驗的總是要高,并且葉輪的密實度越小,這種誤差越大。

 

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