被動網(wǎng)格6DOF技術在垂直風力機優(yōu)化設計中的應用

2017-01-19 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

本案例的模擬得到了陜西工業(yè)科技攻關項目的支持,公開將模擬中的相關參數(shù)及成果與大家分享

傳統(tǒng)對于垂直風力機的模擬多采用滑移網(wǎng)格法,將流域分為旋轉區(qū)域和靜止區(qū)域,認為設定風力機轉速,這種方法操作簡單且能較為精確模擬出風力機的運動狀況,但這種方法做了過多簡化和假設與實際尚存在出入,如圖1所示為滑移網(wǎng)格模擬得到風垂直風力機速度場三維分布圖。

圖1滑移網(wǎng)格法得到的垂直風力機速度場三維分布圖

1.本案例采用的技術介紹

1.1 針對垂直風力機旋轉模擬最佳方法即被動網(wǎng)格法,但存在如下操作難度亦也是本案例的創(chuàng)新點:

(1)采用被動網(wǎng)格,對網(wǎng)格質量要求很高,很容易出現(xiàn)負體積;

(2)由于采用被動網(wǎng)格考慮的因素會更多,風力機的中心,慣性矩及體積等參數(shù)都需要借助solidworks,UG,ProE等進行獲取;

(3)需要編寫UDF函數(shù)

如圖2所示為本案例中采用的分析模型;

圖2本案例采用的五葉片分析模型

1.2 圖3為本例中采用的UDF函數(shù);

圖3 本例UDF函數(shù)

1.3 網(wǎng)格劃分

建立局部網(wǎng)格的加密區(qū),如圖4所示

圖4 網(wǎng)格劃分圖

2 結果分析圖

模擬可得垂直風力機葉片周圍的速度、壓力、湍流強度分布圖,以及不同葉片寬度下風力機的功率系數(shù),從而可以用于確定風力機的最優(yōu)設計,在保證功率系數(shù)最大的情況下,減少葉片表面風壓。

圖7為轉速為17rpm時不同葉片寬度的的力矩系數(shù)-時間曲線,從圖中可以看出,當葉片寬度為0.76m時力矩系數(shù)的周期性不是很明顯,同一周期內差別明顯,隨著葉片寬度的增加,力矩系數(shù)的變化出現(xiàn)了明顯周期性規(guī)律,同時可以看出葉片寬度在0.8m和0.82m時相同周期內各力矩系數(shù)的峰值之間差距相比于其他兩種葉片寬度最小。