被动网格6DOF技术在垂直风力机优化设计中的应用

2017-01-19 by:CAE仿真在线来源:互联网

本案例的模拟得到了陕西工业科技攻关项目的支持,公开将模拟中的相关参数及成果与大家分享

传统对于垂直风力机的模拟多采用滑移网格法,将流域分为旋转区域和静止区域,认为设定风力机转速,这种方法操作简单且能较为精确模拟出风力机的运动状况,但这种方法做了过多简化和假设与实际尚存在出入,如图1所示为滑移网格模拟得到风垂直风力机速度场三维分布图。

图1滑移网格法得到的垂直风力机速度场三维分布图

1.本案例采用的技术介绍

1.1 针对垂直风力机旋转模拟最佳方法即被动网格法,但存在如下操作难度亦也是本案例的创新点:

(1)采用被动网格,对网格质量要求很高,很容易出现负体积;

(2)由于采用被动网格考虑的因素会更多,风力机的中心,惯性矩及体积等参数都需要借助solidworks,UG,ProE等进行获取;

(3)需要编写UDF函数

如图2所示为本案例中采用的分析模型;

图2本案例采用的五叶片分析模型

1.2 图3为本例中采用的UDF函数;

图3 本例UDF函数

1.3 网格划分

建立局部网格的加密区,如图4所示

图4 网格划分图

2 结果分析图

模拟可得垂直风力机叶片周围的速度、压力、湍流强度分布图,以及不同叶片宽度下风力机的功率系数,从而可以用于确定风力机的最优设计,在保证功率系数最大的情况下,减少叶片表面风压。

图7为转速为17rpm时不同叶片宽度的的力矩系数-时间曲线,从图中可以看出,当叶片宽度为0.76m时力矩系数的周期性不是很明显,同一周期内差别明显,随着叶片宽度的增加,力矩系数的变化出现了明显周期性规律,同时可以看出叶片宽度在0.8m和0.82m时相同周期内各力矩系数的峰值之间差距相比于其他两种叶片宽度最小。