机械工程学报
機械工程學報
궤계공정학보
CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING
2011年
4期
147-154
,共8页
导流型垂直轴风力机%滑移网格法%多重参考坐标系法%二维模型与三维模型%流场数值模拟
導流型垂直軸風力機%滑移網格法%多重參攷坐標繫法%二維模型與三維模型%流場數值模擬
도류형수직축풍력궤%활이망격법%다중삼고좌표계법%이유모형여삼유모형%류장수치모의
导流型垂直轴风力机是以在传统垂直轴风轮外增加一圈导流叶片而得名,其气动性能往往高于常规垂直轴风力机.导流型垂直轴风力机的绕流场是典型的内外流结合的多尺度、非定常、不稳定的三维漩涡流场.对这种复杂流场进行全三维、真正意义的非定常数值模拟,所需的计算量远远超出微机的现有能力,且其所需的计算时间也往往超出企业产品的设计周期.通过讨论在对该种风力机流场进行数值模拟时的两个问题,旨在寻求一种计算量与计算时间适中,并具有一定计算精度的计算模型:其一,在处理旋转风轮与静止导风轮之间的非定常计算信息传递时,采用计算量较小的多重参考坐标系法代替计算量极大的滑移网格法的可行性;其二,在数值模拟中,采用二维简化模型代替三维实际模型的可行性.研究结果表明:滑移网格法与多重参考坐标系法对导流型垂直轴风力机外特性的计算结果具有相当的一致性,然而对流场内特性的计算结果存在一定的差异,这种差异在风轮迎风面中表现地较明显;二维简化模型与三维实际模型的数值计算均能获得相似的外特性曲线与相同的最佳尖速比,然而其计算的外特性参数在数值上普遍低于对应的三维模型计算结果.就导流型垂直轴风力机流场的数值模拟而言,采用二维简化模型并配合多重参考坐标系法,不仅可以获得一定精度的计算结果,而且可大幅缩短计算量与计算时间,符合工业设计的要求,可适合于对导流型垂直轴风力机性能的初步评估.
導流型垂直軸風力機是以在傳統垂直軸風輪外增加一圈導流葉片而得名,其氣動性能往往高于常規垂直軸風力機.導流型垂直軸風力機的繞流場是典型的內外流結閤的多呎度、非定常、不穩定的三維漩渦流場.對這種複雜流場進行全三維、真正意義的非定常數值模擬,所需的計算量遠遠超齣微機的現有能力,且其所需的計算時間也往往超齣企業產品的設計週期.通過討論在對該種風力機流場進行數值模擬時的兩箇問題,旨在尋求一種計算量與計算時間適中,併具有一定計算精度的計算模型:其一,在處理鏇轉風輪與靜止導風輪之間的非定常計算信息傳遞時,採用計算量較小的多重參攷坐標繫法代替計算量極大的滑移網格法的可行性;其二,在數值模擬中,採用二維簡化模型代替三維實際模型的可行性.研究結果錶明:滑移網格法與多重參攷坐標繫法對導流型垂直軸風力機外特性的計算結果具有相噹的一緻性,然而對流場內特性的計算結果存在一定的差異,這種差異在風輪迎風麵中錶現地較明顯;二維簡化模型與三維實際模型的數值計算均能穫得相似的外特性麯線與相同的最佳尖速比,然而其計算的外特性參數在數值上普遍低于對應的三維模型計算結果.就導流型垂直軸風力機流場的數值模擬而言,採用二維簡化模型併配閤多重參攷坐標繫法,不僅可以穫得一定精度的計算結果,而且可大幅縮短計算量與計算時間,符閤工業設計的要求,可適閤于對導流型垂直軸風力機性能的初步評估.
도류형수직축풍력궤시이재전통수직축풍륜외증가일권도류협편이득명,기기동성능왕왕고우상규수직축풍력궤.도류형수직축풍력궤적요류장시전형적내외류결합적다척도、비정상、불은정적삼유선와류장.대저충복잡류장진행전삼유、진정의의적비정상수치모의,소수적계산량원원초출미궤적현유능력,차기소수적계산시간야왕왕초출기업산품적설계주기.통과토론재대해충풍력궤류장진행수치모의시적량개문제,지재심구일충계산량여계산시간괄중,병구유일정계산정도적계산모형:기일,재처리선전풍륜여정지도풍륜지간적비정상계산신식전체시,채용계산량교소적다중삼고좌표계법대체계산량겁대적활이망격법적가행성;기이,재수치모의중,채용이유간화모형대체삼유실제모형적가행성.연구결과표명:활이망격법여다중삼고좌표계법대도류형수직축풍력궤외특성적계산결과구유상당적일치성,연이대류장내특성적계산결과존재일정적차이,저충차이재풍륜영풍면중표현지교명현;이유간화모형여삼유실제모형적수치계산균능획득상사적외특성곡선여상동적최가첨속비,연이기계산적외특성삼수재수치상보편저우대응적삼유모형계산결과.취도류형수직축풍력궤류장적수치모의이언,채용이유간화모형병배합다중삼고좌표계법,불부가이획득일정정도적계산결과,이차가대폭축단계산량여계산시간,부합공업설계적요구,가괄합우대도류형수직축풍력궤성능적초보평고.
