風機仿真設計的案例
samcef wind turbine 風機設計仿真 之直驅
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事先在samcef field中創建好需要的直驅風機的主要部件：主軸，主機架，發電機及控制器。其中主軸，主機架都設計為剛體，發電機則由柔性梁單元構建。這樣選擇主要是想要限制模型的自由度，保持較短的計算時間。但主軸的彎曲對底座影響就不在考慮范圍之內。較精確的建模方法是使用超單元模型。控制器采用dll格式文件，編寫可以參照bladed。Dat文件為參數的文本文件，主要便于更改控制器的主要參數。
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展開 基于STAR-CCM+風機界面：雙向進氣的多翼離心風機的仿真
前向多翼離心風機作為一種，流量大，風壓大的風機種類，常用于空調，吸油煙機等家用電器中，本案例使用STAR-CCM+中的多參考系（MRF）模型計算前向多翼離心風機的流場。
1、問題描述
本案例仿真的前向多翼離心風機為雙向進氣，轉速為1000rpm，在計算時把進口設為大氣壓，出口相對壓力設為0，計算域如圖1所示：
2、幾何與網格
（1）本案例的幾何網格采用從外部導入的方法，啟動STAR-CCM+軟件，點擊file→Import→Import surface mesh，選擇準備好的stl面網格文件，選導入界面，選擇create new region，把單位改為mm，其余默認，點擊ok即可：
（2）右鍵點擊Continua中的mesh1，選擇selectmeshing models，選擇surfaceremesher；
（3）右鍵mesh1→reference values，在base size中中填寫面網格的總體控制尺寸20mm；
（4）勾選region→region 1→dianji→mesh condions→custom surface size，在下面的mesh values→surface sizes中填入dianji面網格的relative targetsize和relative minmum size；對所有的part進行目標尺寸和最小尺寸進行控制。
展開 風機氣動噪聲求解全流程講解，一文get基于STAR-CCM+的風機仿真全部知識點
這有助于快速評估風機的基本性能，并為后續瞬態計算提供初始條件。</p><p>4)瞬態計算：在穩態計算的基礎上，進行瞬態計算以捕獲流場的動態特性。這通常涉及到使用大渦模擬（LES）等高級湍流模型來模擬瞬態流動。</p><p><strong>5、CAA仿真</strong></p><p>1)聲源識別：從CFD仿真結果中提取噪聲源信息，如葉片上的動態載荷、湍流邊界層等。</p><p>2)聲學模型構建：根據噪聲源信息構建聲學模型，包括聲源位置、聲傳播路徑等。</p><p>3)聲學計算：使用CAA求解器進行聲學計算，得到風機噪聲的聲壓分布、頻譜特性等。</p><p><strong>6、結果分析與優化</strong></p><p>1)結果分析：分析仿真結果，包括聲壓級、頻譜特性、指向性等，與實驗數據或標準進行對比，評估仿真的準確性。</p><p>2)噪聲源識別：識別主要的噪聲源和傳播路徑，為優化設計提供依據。</p><p class="ql-align-justify">3)優化設計：根據分析結果提出改進設計的建議，如改變葉片形狀、增加隔音材料、優化機殼結構等。</p><h3><strong>風機氣動噪聲仿真案例</strong></h3><p><strong>1.幾何與網格</strong></p><p class="ql-align-justify"> 對離心式風機建立了選擇域和靜止域，采用多面體網格進行了網格劃分，由于氣動噪聲仿真需要捕捉細微的渦，因此要求網格細膩。
展開 高效子午加速風機設計
高效子午加速風機設計
【流固耦合數值仿真算例】風機葉片流固耦合數值仿真
風機 是一種利用輸入的機械能來增加氣壓，并將氣體排出的機械。在中國，風機是對 氣體壓縮和氣體輸送機械 的習慣簡稱，一般指的是 通風機，鼓風機，風力發電機 。風機廣泛用于工廠、礦井、隧道、冷卻塔、車輛、船舶和建筑物的通風、排塵和冷卻，鍋爐和工業爐窯的通風和引風；空氣調節設備和家用電器設備中的冷卻和通風；谷物的烘干和選送， 風洞風源和氣墊船的充氣和推進 等。 為了更好地了解風機的結構及特點，提高風機的總體設計水平與使用效能，可通過自建高性能并行集群仿真平臺， 利用OpenFOAM開源軟件進行計算， 考慮流固耦合方式對風機葉片上的氣動載荷進行分析。 下圖為數值模擬結果。
風機在計算域中的示意圖
風機在計算域中的示意圖
風機在簡化氣動力下轉動效果
流固耦合條件下模擬，可以考慮風機塔架、機艙的振動響應。
在此種模擬方法下，可以輸出風場縱剖面速度云圖，考慮風機的尾流效應。
單風機尾渦效果展示
雙風機尾渦效果展示
葉片是風力發電機中最基礎和最關鍵的部件，其良好的設計，可靠的質量和優越的性能是保證機組正常穩定運行的決定因素。考慮流固耦合方式對風機葉片上的氣動載荷進行分析，可以為風機的總體設計提供一個較為全面的建議及分析方法。
展開 SWT 風機設計 中文論文
1. samcef wind turbines 介紹
風機是承受瞬態空氣動力學激勵的大型柔性機電系統（包含柔性部件、連接和控制系統），各部件之間相互作用彼此影響，風機設計必須將各個部件和各個系統之間的各種耦合效應考慮在內。然而，目前市場上主流的設計流程并無法精確地對這些耦合效應進行評估。
風機制造廠商和認證機構都迫切需要一個能夠充分考慮風機各個系統之間相互作用的高精度且一體化的仿真設計解決方案。正是由于這樣的市場需求，比利時Samtech公司將其40多年的有限元軟件開發經驗、20多年的柔性機械系統仿真經驗和10多年的風機設計經驗集成在一起，獨創了Samcef for Wind Turbine(S4WT)系統，它定位于風機系統的正向設計解決方案，在風機系統的整個開發周期中(包括概念設計、詳細設計、原型或改型機開發、認證、故障診斷等)提供一個參數化的高精度仿真模型，從而將原本脫節的設計流程關聯起來。這一創新的設計方法已經在歐洲、韓國等地區獲得了許多企業的認可，例如Alstom Power，Repower和Areva(阿海琺)等知名風機廠商。
參數化高精度整機模型具備以下兩個特點：
一、全耦合的一體化。依靠全耦合一體化的高精度整機模型，風機廠商可以得到精確的動態載荷和結構響應，從而優化風機結構和控制系統設計。而對于認證機構而言，利用更加精確的動態載荷和結構響應分析可以對現有的認證規范進行更好的評估和改善，從而設定更加合理的安全系數，從而使整個風機行業都為之受益。
二、參數化建模。高精度整機模型的參數化建模方式，可以幫助設計者可以非常方便地對不同設計方案進行對比驗證，或基于原有設計進行風機改型設計，而無需進行繁雜的模型重構，從而可以大幅縮短產品開發周期，并降低開發成本。此外通過模型參數化和報告模板定制，還可以大大減少認證機構的手工勞動并提升效率。
2.
展開 近岸風機基礎的疲勞分析設計
這本書主要結合國外的兩個已建風電項目（Blyth和OWEZ），通過對比時域、頻域方法，考慮在設計中氣動阻尼、侵蝕等的影響，對風機基礎結構進行疲勞分析。希望能有更多的人能參與到海上風電這些項目中，這本書能給大家一些借鑒和參考
近岸風機基礎的疲勞分析設計2.rar
近岸風機基礎的疲勞分析設計1.rar
海洋風機基礎設計分析平臺
海上風機平臺作為一種能源勘探平臺，在實際建造之前需要模擬整個平臺的各種力學性能，包括靜力學分析、動力學分析、疲勞分析等。分析過程有助于模擬平臺在各種工況條件下的結構性能，并輔助設計的改進和驗證。
主要技術挑戰：
l 平臺類型較多，實際模型較為復雜；
l 邊界條件復雜，包括風載荷、波浪載荷、風機載荷等；
l 海底情況復雜，需要考慮地質因素；
解決方案：
l 用pipe單元模型模擬實際管道，簡化建模難度；
l 對各種類型的載荷進行分類梳理，視工況條件施加；
l 提供海況參數和地質參數模擬實際海洋環境；
l 為整套流程提供可視化界面，包括前處理、邊界條件施加、求解和后處理；
結論：
l 通過計算模板的形式整合整個計算流程，分析覆蓋靜力學、動力學、疲勞等；
l 平臺類型包括單樁、水下多樁、水上三樁、高樁承臺和導管架。
應用價值：
l 海上風機設計平臺模板為該種類型的平臺設計提供了仿真分析的整體流程，可視化界面操作方便，可直接生成分析報告，使專業的仿真分析更好地和設計相結合，服務于設計。
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1. samcef wind turbines 介紹
風機是承受瞬態空氣動力學激勵的大型柔性機電系統（包含柔性部件、連接和控制系統），各部件之間相互作用彼此影響，風機設計必須將各個部件和各個系統之間的各種耦合效應考慮在內。然而，目前市場上主流的設計流程并無法精確地對這些耦合效應進行評估。
風機制造廠商和認證機構都迫切需要一個能夠充分考慮風機各個系統之間相互作用的高精度且一體化的仿真設計解決方案。正是由于這樣的市場需求，比利時Samtech公司將其40多年的有限元軟件開發經驗、20多年的柔性機械系統仿真經驗和10多年的風機設計經驗集成在一起，獨創了Samcef for Wind Turbine(S4WT)系統，它定位于風機系統的正向設計解決方案，在風機系統的整個開發周期中(包括概念設計、詳細設計、原型或改型機開發、認證、故障診斷等)提供一個參數化的高精度仿真模型，從而將原本脫節的設計流程關聯起來。這一創新的設計方法已經在歐洲、韓國等地區獲得了許多企業的認可，例如Alstom Power，Repower和Areva(阿海琺)等知名風機廠商。
參數化高精度整機模型具備以下兩個特點：
一、全耦合的一體化。依靠全耦合一體化的高精度整機模型，風機廠商可以得到精確的動態載荷和結構響應，從而優化風機結構和控制系統設計。而對于認證機構而言，利用更加精確的動態載荷和結構響應分析可以對現有的認證規范進行更好的評估和改善，從而設定更加合理的安全系數，從而使整個風機行業都為之受益。
二、參數化建模。高精度整機模型的參數化建模方式，可以幫助設計者可以非常方便地對不同設計方案進行對比驗證，或基于原有設計進行風機改型設計，而無需進行繁雜的模型重構，從而可以大幅縮短產品開發周期，并降低開發成本。此外通過模型參數化和報告模板定制，還可以大大減少認證機構的手工勞動并提升效率。
2.
展開 垃圾處理中心除臭系統設計評估與風機選型
圖4：通風除臭系統管路示意圖
系統管路中的主要部件——吸風口格柵、風力調節閥、軸流風機、風管等，分別在Flownex中的元件庫中獲得，如下（表1）所示。其中：
■ 吸風口格柵：由流阻元件與節流元件連接構成，流阻曲線通過三維仿真結合數據擬合獲得。
■ 風量調節閥：選用蝶閥元件來表示，并通過調節閥門開角獲得對應損失系數。
■ 軸流風機：軸流風機特性曲線由實際風機型號獲得。
■ 風管：方型通風管道等效為圓管，采用Darcy-Weisbach公式計算流動損失：
■ 粗糙度：基于“建筑行業設計手冊”，通風管道粗糙度本文設定粗糙度為30μm。
表1：系統主要部件及其對應Flownex元件
通風除臭系統分析
對原定除臭系統中的風管管路進行分析，獲得各風口速度分布（圖5）及最小和最大的吸風口位置。
通過分析可以看出，最小速度風口和最大速度風口相差很大，導致最小風口出風量很少，不能達到除臭效果，管路風量匹配不均勻。因此，需要重新匹配更合理的風機。
圖5：吸風口進氣速度分布
風機合理匹配
依據風機位置，將管路系統劃分為A、B、C三段，通過分段模擬獲得每段管路的流阻特性曲線，并給出對應風機的合理選擇范圍。
管路段A
管路段A的Flownex網絡及邊界條件設置（如圖6）所示。通過調整出口流量，計算對應流動損失，獲得管路段A的流阻特性曲線。
經計算分析后，風機A應滿足如下條件：
650 m3/? < Qfan < 1470 m3/? 。
展開 專門針對風機葉片覆冰所設計的結冰傳感器-MDC-ICE
工采網代理的結冰傳感器-MDC-ICE是專門針對風機葉片覆冰所設計的結冰傳感器，通過冰、水與空氣介電常數的變化，可實時監測葉片結冰狀態。傳感器集成了專用數字電容傳感芯片MDC04、MCP61及高精度數字溫度芯片M601；內嵌算法增強有效判斷環境的結冰情況，可同時提供側面及底面覆冰電容、環境溫度、冰水狀態判斷、冰層厚度、雨量大小等信息。
MDC-ICE提供485接口，產品形態如下圖所示。傳感器兩翅構成對平面電容C1，在兩翅之間的底面構成另一個電容C2，可以用于覆冰的判斷。傳感器四角有四個安裝耳（直徑φ5mm），用于固定在支持架上，建議傳感器水平放置固定。
接口說明：
主要性能：
溫度范圍：-40℃~+85℃
供電電壓：5V~36V
防水等級：IP67
工作功耗：2.8mA@12V
可檢測冰厚范圍：≤30mm
測量精度：2mm
通訊接口：RS485
產品尺寸：265mm*150mm*50.6mm
連接線規格：4 芯屏蔽線，外徑 6.7mm，線長標準 15m
展開 
參數化高精度的整機模型對風機設計的意義
另一種典型的研發流程脫節現象發生在控制程序設計和結構設計中，控制程序的設計人員必須假設給定載荷工況下的結構響應是真實的，然而不幸的是，結構部門經常采用的剛性結構運動仿真手段并無法給出真實的結構響應。
風機是承受瞬態空氣動力學激勵的大型柔性機電系統（包含柔性部件、連接和控制系統），各部件之間相互作用彼此影響，風機設計必須將各個部件和各個系統之間的各種耦合效應考慮在內。然而，目前市場上主流的設計流程并無法精確地對這些耦合效應進行評估。
同時要承認的是，所有這些現象或者問題不應該歸罪于任何個人或者團隊，在過去幾十年中制造企業和認證機構雖然普遍意識到了問題，但是由于市場上一直缺乏相應的解決方案，從而也一直也無可奈何。
3.參數化高精度整機模型的創新解決方案
綜合以上分析，風機制造廠商和認證機構都迫切需要一個能夠充分考慮風機各個系統之間相互作用的高精度且一體化的仿真設計解決方案。正是由于這樣的市場需求，比利時Samtech公司將其40多年的有限元軟件開發經驗、20多年的柔性機械系統仿真經驗和10多年的風機設計經驗集成在一起獨創了Samcef for Wind Turbine(S4WT)系統，它定位于風機系統的正向設計解決方案，在風機系統的整個開發周期中（包括概念設計、詳細設計、原型或改型機開發、認證、故障診斷等）提供一個參數化的高精度仿真模型，從而將原本脫節的設計流程關聯起來。這一創新的設計方法已經在歐洲、韓國等地區獲得了許多企業的認可，例如Alstom Power，Repower和Areva（阿海琺）等知名風機廠商。
圖1 S4WT參數化高精度整機模型的創新解決方案
4.參數化高精度整機模型的核心價值
總體上說，參數化高精度整機模型具備以下兩個特點：
一、全耦合的一體化。
展開 垃圾處理中心除臭系統設計評估與風機選型
其中：
n 吸風口格柵：由流阻元件與節流元件連接構成，流阻曲線通過三維仿真結合數據擬合獲得。
n 風量調節閥：選用蝶閥元件來表示，并通過調節閥門開角獲得對應損失系數。
n 軸流風機：軸流風機特性曲線由實際風機型號獲得。
n 風管：方型通風管道等效為圓管，采用Darcy-Weisbach公式計算流動損失：
n 粗糙度：基于“建筑行業設計手冊”，通風管道粗糙度本文設定粗糙度為30μm。
表1：系統主要部件及其對應Flownex元件
通風除臭系統分析
對原定除臭系統中的風管管路進行分析，獲得各風口速度分布（圖5）及最小和最大的吸風口位置。
通過分析可以看出，最小速度風口和最大速度風口相差很大，導致最小風口出風量很少，不能達到除臭效果，管路風量匹配不均勻。因此，需要重新匹配更合理的風機。
圖5：吸風口進氣速度分布
風機合理匹配
依據風機位置，將管路系統劃分為A、B、C三段，通過分段模擬獲得每段管路的流阻特性曲線，并給出對應風機的合理選擇范圍。
l 管路段A
管路段A的Flownex網絡及邊界條件設置（如圖6）所示。通過調整出口流量，計算對應流動損失，獲得管路段A的流阻特性曲線。
經計算分析后，風機A應滿足如下條件：650 m3/? < Qfan < 1470 m3/? 。
圖6：管路段A的Flownex網絡及邊界條件
l 管路段B
使用相同方法獲得管路段B的流阻特性曲線。
展開 SimSolid 在直驅風機主傳動系設計中的應用
摘 要:本文通過直驅風力發電機主傳動系結構仿真的若干分析場景，介紹了 SimSolid 軟件的功能及應用方法。應用表明，該軟件的功能能夠支撐傳動系結構性能設計的仿真需求，且能最大程度的降低仿真前處理的工作量，大大提升仿真的效率，只需的操作和短時間的計算，就可以得到不同工況的結果，作為結構設計的決策依據
關鍵詞:風力發電機 主傳動系 SimSolid 仿真
1概述
風力發電機機組是將風能轉換為機械能，機械能轉換為電能的電力設備。風力發電機的工作原理，是利用風力帶動葉輪旋轉，葉輪通過主傳動系帶動發電機轉子轉動，從而使發電機內的繞組切割磁感線，產生電能。所以，主傳動系是風機的運轉中樞，對風機的正常和高 效的運行至關重要。直驅型風力發電機主傳動系由輪轂、動軸、定軸、底座、發電機、主軸 承構成，雖然沒有齒輪箱，但是也存在復雜的裝配關系，有多處螺栓連接，并且動軸與定軸之間需要考慮主軸承的傳力特征。另一方面，主傳動系的受載情況復雜，來自葉輪的氣動載荷會導致軸向力、徑向力、彎矩、扭矩，發電機本身也會引入溫度載荷、磁拉力、扭矩、振動等載荷。兆瓦級的直驅發電機轉速低，所以發電機直徑一般做到將近 5 米，這樣才能獲得比較高的發電效率。這么大型的結構，發電機的氣隙卻是毫米級的，所以，發電機本身的變 形和動力學特性也是設計的重點和難點。
目前，直驅發電機組傳動系的設計，主要依靠有限元仿真作為其結構性能評估的重要手 段。基于有限元的結構仿真目前已經相當成熟，但是，在設計過程中的應用也存在一些難點。
展開 Abaqus風機模態分析仿真案例講解
Abaqus風機模態分析仿真案例講解
