被動網格6DOF技術在垂直風力機優化設計中的應用

2017-01-19 by:CAE仿真在線來源:互聯網

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

傳統對于垂直風力機的模擬多采用滑移網格法,將流域分為旋轉區域和靜止區域,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所示為滑移網格模擬得到風垂直風力機速度場三維分布圖。

圖1滑移網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格法,但存在如下操作難度亦也是本案例的創新點:

(1)采用被動網格,對網格質量要求很高,很容易出現負體積;

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

(3)需要編寫UDF函數

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;

圖3 本例UDF函數

1.3 網格劃分

建立局部網格的加密區,如圖4所示

圖4 網格劃分圖

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,從而可以用于確定風力機的最優設計,在保證功率系數最大的情況下,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-時間曲線,從圖中可以看出,當葉片寬度為0.76m時力矩系數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,力矩系數的變化出現了明顯周期性規律,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的峰值之間差距相比于其他兩種葉片寬度最小。