紊流数值模拟的现状及进展

讨论了紊流数值模拟的发展历史、现状及趋势。比较了各类紊流模型的优缺点及适用范围 ,并对特殊效应 (曲率、近壁区 )的处理作了介绍和评述。为了提高模型的预报能力 ,多重尺度和非线性模型正逐步应用于工程计算。随着计算机的发展 ,大涡和直接数值模拟也取得了一些研究成果     

格尼襟翼垂直轴风力机风场研究

为研究垂直轴风力机风场中机组气动性能受格尼襟翼的影响,采用TSST湍流模型对直线翼垂直轴风力机进行数值模拟研究.结果表明:风场上游风力机组尖速比越大,机组间流体加速效果越显著,使风力机组气动性能高于单风力机;在中低尖速比时,格尼襟翼可有效提升单个风力机气动效率,在尖速比较高时,提升效果并不明显;在风力机组中安装格尼襟翼...     

基于小波逆变换方法的风力机风场数值模拟研究

针对风力机随机风场的特点,采用小波逆变换方法,仿真出相互独立的风力机随机风场,并对其进行空间相关性修正。以1.5 MW风力机为算例,分析了3种风功率频谱的差异特点,基于空间变化的改进Von karman功率频谱模型,采用Littlewood-Paley小波基作为小波逆变换的正交基函数,利用小波系数和功率频谱密度函数的关系进行了空间相关性修正,模拟出风场36个节点风速时程,并通过时域分析、频域分析以及时频联合分析,得到模拟频谱与目标频谱吻合较好的结论。该结论表明了风力机风场的非平稳性、局部相似性和间隙性,以及高非线性风速功率频谱的逼近性,证明了小波逆变换方法在模拟风力机随机风场的有效性和准确性。     

风力机大厚度钝尾缘翼型数值模拟研究

以具有实验数据的风力机专用翼型DU97-W-300、DU00-W2-401为对象,研究了湍流模型和网格分布对RANS预测气动性能的影响,并在多个攻角下对比了DES与RANS的计算效果.结果表明:在翼型升力曲线的线性段,考虑转捩的T-SST模型计算值与实验值更加吻合,但在升力曲线的失速段,全湍流模型计算结果优于T-SST湍流模型,且全湍流模型中SA优于SST湍流模型;相比RANS方法,DES方法计算得到的翼型升阻力系数更加接近实验值,DES方法能更好地模拟细致的分离涡结构,所以DES方法更加适合模拟易发生分离的大厚度翼型.     

海上风力机的数值模拟

针对海上风力机运行的特点,根据NRELS809翼型数据,建立了水平轴风力机的整体模型。采用空气和水的两相流模型模拟海上工况,对模型进行数值计算,得到叶片绕流的速度分布和压力分布,并对两相流和单相流的变化情况进行了对比,最后对塔架的压力分布进行计算说明。研究结果表明:在两相流工况下,风轮叶片具有较高的功率系数,但该工况对叶片的强度、材料要求较高;气流流过叶片后均存在速度亏损,并在1倍风轮半径处趋于稳定;风轮对塔架的压力分布产生一定影响。     

垂直轴风力机三维效应的数值模拟研究

文章针对二维和三维垂直轴风力机的数值模拟的差异,提出了风力机的三维效应是造成模拟差异的主要原因。运用计算流体力学方法对某直线翼垂直轴风力机模型进行了二维和三维的数值模研究。通过比对实验得到的风力机功率系数,发现三维模拟结果与实验值吻合。观察尖速比为1.5时二维和三维垂直轴风力机的速度型分布曲线、流向速度云图和涡量云图,研究了阻塞效应、叶梢涡、支撑结构和塔架对数值模拟结果的影响。研究发现:在二维的数值模拟中,风力机没有受阻塞效应影响,功率系数被严重高估;三维的数值模拟能够模拟出全部的流畅细节,受叶梢涡和支撑结构的影响,风力机的功率系数明显降低。     

地铁车站模型内流场的实验测定及数值模拟

CFD技术及其商业软件的发展使人们可以用数值模拟的方法预测地铁车站内环境,评价通风效果,改进通风排烟系统的设计,在提供舒适环境的同时,进一步降低能耗.为了对数值计算结果进行检验,对某地铁车站模型内的气流组织进行了实验测定,并采用商业软件Fluent对地铁车站模型内的速度场进行了数值模拟.在数值计算中采用κ-ε方程作为紊流模型,以现场实测数据作为边界条件,计算结果与实测数据吻合较好.结果表明,采用商业软件对地铁车站内气流组织的数值模拟可以获得较准确的车站内流场的详细数据,从而可以对整个通风排烟系统进行全面评价.     

线性波作用下紊流边界层特性的数值模拟

采用经修正的k-ω模型,即基线k-ω模型对线性波作用下边界层的流速、紊动能、涡粘系数分布及底床剪应力进行了数值模拟,验证了模型的合理性,进而采用该模型模拟了粗糙底床摩阻流速及具有不同相对粗糙度的粗糙底床紊流边界层特性,发现边界层内流速与自由流速的相位差随计算点至底床的距离和相对粗糙度的增大而减小。     

风力机扩散放大器数值模拟与理论计算的对比

根据风力机原理和粘性流体力学理论，应用fluent软件建立二维简化风力机扩散放大器模型，并进行了数值模拟和理论计算；分析比较了几个典型的性能曲线，进一步探讨了模型内的流动特点；该研究对于提高风能利用效率及风能利用技术推广具有一定的指导意义。     

风力机叶片三维流动特性与气动性能的数值分析

采用基于雷诺平均的三维可压N-S方程,对美国国家可再生能源实验室开发的PhaseⅥ实验风力机叶片在7m/s来流下的绕流流场进行全三维数值模拟.通过对数值模拟得到的叶片表面压力分布与实验测量值的比较,验证了数值模拟的有效性,并在此基础上分析了叶片各截面的失速情况、叶片的三维绕流特性以及叶展方向上的升阻力系数与功率分布.数值模拟数据显示,相比简单的对二维数值模拟结果进行堆叠,全三维的数值模拟能够更准确的反映叶片绕流的气动特性.     

风力机翼型气动特性数值模拟

采用CFD软件Fluent对美国NREL两种风力机翼型S825和S827进行了二维数值模拟,研究了不同网格密度、不同湍流模型对风力机翼型气动特性的影响,并与试验结果进行了对比分析。通过对3种网格密度(4万、7万和10万网格节点)及3种湍流模型(S-A、Standard k-ε和Standard k-ω模型)的数值模拟标定,得出由Fluent软件进行风力机翼型数值模拟时,采用约7万网格节点、近壁Y~+10时达到网格无关,S-A湍流模型进行气动性能预测相对精度较高,为风力机翼型气动设计提供了快速有效地数值仿真性能检测手段,具有较高工程实用价值。     

考虑转捩的风力机翼型动态失速数值模拟

以风力机专用翼型的动态失速为对象,采用一种基于流场当地变量的Gamma-Theta转捩模型配合SSTk-ω湍流模型进行数值模拟,研究转捩对动态失速性能的影响和动态失速下的转捩规律。结果表明,使用考虑转捩效应,能够使动态失速过程中上仰段大迎角状态下失速和下俯段气流再附的模拟得到改善。在动态失速上仰段,上表面转捩由后缘分离泡向前缘分离泡的转变过程较快,导致转捩点迅速前移;而在下俯段,前缘分离泡向后缘分离泡的转变过程中经过了自然转捩和再层流化的过渡,因此转捩点的移动较上仰段平滑。     

风力机叶尖加小翼动力放大特性的数值模拟研究

利用FLUENT商用计算流体软件对风力机叶尖加小翼后的性能进行了数值模拟,计算中基于N-S方程采用三维稳态隐式解法;湍流模型选择k-ωSST模型;离散方法为二阶迎风格式;压力-速度耦合采用SIMPLE算法。探索了小翼的不同参数尺寸对风力机性能,特别是对动力放大特性的影响;将模拟计算与实验结果进行了比较,得出小翼形状和参数对风力机动力放大的变化规律,表明本计算模拟方法对叶尖加小翼风力机动力放大特性研究是正确可行的。     

风力机叶片三维数值计算方法确认研究

采用CFD软件包FINETM/TURBO,以两叶片NREL PhaseⅥ风力机的风轮为对象,进行了风力机风轮叶片三维绕流的定常粘性数值模拟研究。通过详细对比计算结果与实验数据(包括功率、叶片展向5个截面压力系数分布及沿叶展方向载荷系数分布),确认在大部分风速条件下数值模拟可以很好的预计风力机气动性能。然后分析了计算域尺度、边界条件和湍流模型等对数值模拟结果的影响,为采用CFD技术对实际风力机叶片三维气动性能进行精确数值模拟提供参考。     

大型风力发电机组的建模与仿真

建立了大型变桨距风力发电机组在标称状况下的非线性数学模型，将其线性化后，在不同风速下进行了不同输入（桨矩角β、风速ｖ和电网电压Ｕ１变化）的开环仿真。仿真结果对控制器的设计有参考价值。     

大型风电机组脉动风场建模与数值仿真

分析了风电机组风场模型与普通建筑风场模型的异同,指出叶片的周期性运动将改变风速谱的频率成分分布,使相当部分的频率成分集中到风轮旋转频率及其倍频处。根据标准von Karman模型和旋转采样谱模型,分别推导并建立了风电机组固定部件和叶片上脉动风速谱功率矩阵,并在此基础上采用谐波叠加法模拟了风电机组各部件的风速时序数。     

塔架对风轮旋转过程中声场及流场的影响探究

基于压力脉动与声压之间的关系,利用Fluent数值模拟平台对风力机旋转过程中整机和单转子的声场和流场进行分析。对比2种模型的最大声压级位置,发现由于塔架的介入,整个模型的声场落后于流场约30°。分析塔旁y轴负向测点处压力脉动与声压级第1个峰值对应的方位角,结果发现在y/R=0.14、y/R=0.42、y/R=0.71与y/R=1时声压级（SPL）分别落后于压力脉动22°、5°、9°与18°。分析风力机旋转过程中两种模型塔附近监测点的声压级与压力脉动的变化趋势,结果表明：声压级振幅沿展向先增大后减小,在y/R=0.71处达到最大值;同样,在y/R=0.71时压力波动幅度最大。     

摇摆式垂直轴风力机气动特性数值模拟

针对垂直轴风力机无需对风,湍流风风向不断变化的情况,提出转轮轴向力随风向摇摆的垂直轴风力机,利用摇摆产生的切向风和来流风共同作用下的风能,提高气动性能.采用RNG k-ε湍流模型对三叶片摇摆式风力机进行模拟,研究风向变化的周期、幅角以及摇摆迟滞时间对固定式和摇摆式垂直轴风力机力矩系数的影响规律.结果表明:与固定式垂直轴...     

风力机组偏航系统的建模及仿真

建立了上风向风力发电机组偏航系统的数学模型，通过仿真分别研究了偏航动态特性与机组的特性参数的关系，如与风轮合力作用点至垂直偏航轴间距离Ｈ，尾舵合力作用点至垂直偏航轴间距离Ｇ１，尾舵特性以及上风向风速之间的定量关系。仿真结果对偏航系统的设计及其控制参考价值。