風力渦輪機的案例
NREL VI 期風力渦輪機 CFD 分析和驗證 ￥8
您將學
到什么 模擬 NREL 第六階段風力渦輪機案例
參加本課程
后，學生將能夠模擬任何類型的風力渦輪機 您將獲得創(chuàng)建水平軸風力渦輪機
CAD 模型的技能 您應該能夠使用本課程中教授的技能以及任何其他風力渦輪機獲得 NREL 第六階段的準確結(jié)果
要求
對使用 ANSYS （ICEMCFD、Spaceclaim、Fluent） 和 solidworks 軟件有很好的理解。雖然我們將從頭開始，但一些基本的工作知識將非常有幫助。
計算機至少具有 32 GB RAM 和具有良好顯卡的 i7 處理器。
尺寸為 23 英寸或更大（最好是 29 英寸）的 LED 顯示器，以正確可視化結(jié)果。
風力渦輪機理論
的基本知識 CFD 的基本知識以及一些簡單的 CFD 問題（如機翼或平板 CFD）的應用
描述
在本課程中，您將學習對 NREL Phase VI 風力渦輪機進行 CFD 分析。您將從頭開始學習所有內(nèi)容，并且僅使用 NREL 網(wǎng)站上提供的基本數(shù)據(jù)（NREL 第六階段報告、文檔編號 29955.pdf），例如翼型坐標、沿徑向站的扭轉(zhuǎn)角和弦長以及不同風速的扭矩值。在本課程中，您將使用 solidworks 創(chuàng)建 NREL 六期風力渦輪機的 CAD 模型，使用 ANSYS Spaceclaim 創(chuàng)建內(nèi)部和外部域，使用 ICEMCFD 創(chuàng)建域的混合網(wǎng)格，使用 Fluent 進行求解和后處理。最后，您將當前的 CFD 結(jié)果與 NREL 提供的實驗數(shù)據(jù)進行比較。
展開 案例分析 | 使用Cradle CFD評估韓國摩天大樓中的風力渦輪機
但是，英國媒體對風力渦輪機關(guān)注很少。盡管市民認為風力渦輪機應該連續(xù)運轉(zhuǎn)，但倫敦的風速普遍較低，以及其所在的地形，導致風力渦輪機未到達預期的效果。
（a）風力渦輪機背面的照片；
（b）在水平橫截面上的風速云圖（頂部）和通過孔的流線（底部）
（來自作者的CFD）
圖 2. Strata SE1公寓的流量分析
團隊的主要CFD研究基于在首爾建造的一座新高層建筑，這是世界上第八高的獨立式建筑，即樂天世界大廈。首爾是韓國最大的大城市之一，人口達一千萬，但與沿海韓國城市相比，內(nèi)陸地區(qū)的風向稍弱。因此，研究人員需要進行風能資源評估，以評估這座位于市中心的555 m的高層BIWT的潛在性能。在這樣的高度下，執(zhí)行原位測量非常復雜。因此，需要采用諸如LIDAR和SODAR的地面遠程傳感器來進行風力資源評估。
此外，需要設計一種數(shù)值天氣預報（NWP）模型和度量相關(guān)預測（MCP）方法，擴展通過遙感測得的短期數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生多年來的風力數(shù)據(jù)。然后，使用三維地理信息系統(tǒng)（GIS）數(shù)據(jù)庫和Cradle CFD來預測建筑物對盛行風的影響以及BWIT的可行性。團隊的工作流程如圖3所示，完整的細節(jié)可以在他們所做的工作的原始論文中找到（參考文獻 1）。
圖 3: 使用RS–NWP–CFD對高層BIWT進行風力
資源評估的程序
由于種種限制，研究中的遙感活動持續(xù)了兩個月。他們采取的第二步是創(chuàng)建風能圖，顯示塔架安裝區(qū)域中風能的空間變異性，從而確定渦輪機的布局。為了進行風力資源映射，首先使用CFD，模擬了按風向在目標區(qū)域的風流場。在這種情況下，總共模擬了16個風向.第三步是選擇一種風力渦輪機并確定最佳布局。盡管如果將風力渦輪機安裝在最高風能密度位置可以使能量產(chǎn)生最大化，但是還需要考慮尾流損失。
展開 Ansys助力Vestas完成風力渦輪機控制器的復雜安全設計，推動零排放進程
Vestas在其整個產(chǎn)品鏈上擴展Ansys仿真解決方案的使用，幫助其開發(fā)更安全的風力渦輪機控制解決方案（圖片由Vestas提供）
Vestas使用Ansys SCADE的基于模型的軟件開發(fā)環(huán)境來設計風力渦輪機控制器，成功滿足其獨特的系統(tǒng)設計與認證要求。SCADE支持與產(chǎn)品平臺無關(guān)的可變部分開發(fā)，僅修改極少的參數(shù)就可以從一臺渦輪機更改到另一臺渦輪機，這項工作為客戶帶來性價比更高、品質(zhì)更優(yōu)的渦輪機設計。
Vestas功能安全業(yè)務部電源解決方案高級專家Keld Hammerum表示：“SCADE依然是我們解決風力渦輪機組件固有復雜性的首選工具。對于在過去三年中SCADE Test的持續(xù)改進以及我們從Ansys得到的支持，我們倍感欣喜。在我們自己的仿真框架中重復使用Ansys SCADE應用軟件模型有助于推動更可靠、更優(yōu)異的仿真，最終讓我們推出更具競爭力的風力渦輪機設計。”
Ansys產(chǎn)品高級副總裁Shane Emswiler指出：“Ansys SCADE幫助Vestas開發(fā)客戶在風力渦輪機設計中所需的先進、復雜的軟件，讓設計更容易符合IEC 61508等相關(guān)安全標準。在不同的仿真環(huán)境下運行專門的SCADE模型可以改善仿真結(jié)果，我們將繼續(xù)支持Vestas致力于開發(fā)安全、可持續(xù)的能源解決方案。”
展開 案例分析 | 使用Cradle CFD評估韓國摩天大樓中的風力渦輪機
但是，英國媒體對風力渦輪機關(guān)注很少。盡管市民認為風力渦輪機應該連續(xù)運轉(zhuǎn)，但倫敦的風速普遍較低，以及其所在的地形，導致風力渦輪機未到達預期的效果。
（a）風力渦輪機背面的照片；
（b）在水平橫截面上的風速云圖（頂部）和通過孔的流線（底部）
（來自作者的CFD）
圖 2. Strata SE1公寓的流量分析
團隊的主要CFD研究基于在首爾建造的一座新高層建筑，這是世界上第八高的獨立式建筑，即樂天世界大廈。首爾是韓國最大的大城市之一，人口達一千萬，但與沿海韓國城市相比，內(nèi)陸地區(qū)的風向稍弱。因此，研究人員需要進行風能資源評估，以評估這座位于市中心的555 m的高層BIWT的潛在性能。在這樣的高度下，執(zhí)行原位測量非常復雜。因此，需要采用諸如LIDAR和SODAR的地面遠程傳感器來進行風力資源評估。
此外，需要設計一種數(shù)值天氣預報（NWP）模型和度量相關(guān)預測（MCP）方法，擴展通過遙感測得的短期數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生多年來的風力數(shù)據(jù)。然后，使用三維地理信息系統(tǒng)（GIS）數(shù)據(jù)庫和Cradle CFD來預測建筑物對盛行風的影響以及BWIT的可行性。團隊的工作流程如圖3所示，完整的細節(jié)可以在他們所做的工作的原始論文中找到（參考文獻 1）。
圖 3: 使用RS–NWP–CFD對高層BIWT進行風力
資源評估的程序
由于種種限制，研究中的遙感活動持續(xù)了兩個月。他們采取的第二步是創(chuàng)建風能圖，顯示塔架安裝區(qū)域中風能的空間變異性，從而確定渦輪機的布局。為了進行風力資源映射，首先使用CFD，模擬了按風向在目標區(qū)域的風流場。在這種情況下，總共模擬了16個風向.第三步是選擇一種風力渦輪機并確定最佳布局。盡管如果將風力渦輪機安裝在最高風能密度位置可以使能量產(chǎn)生最大化，但是還需要考慮尾流損失。
展開 
案例分析 | 使用Cradle CFD評估韓國摩天大樓中的風力渦輪機
但是，英國媒體對風力渦輪機關(guān)注很少。盡管市民認為風力渦輪機應該連續(xù)運轉(zhuǎn)，但倫敦的風速普遍較低，以及其所在的地形，導致風力渦輪機未到達預期的效果。
（a）風力渦輪機背面的照片；
（b）在水平橫截面上的風速云圖（頂部）和通過孔的流線（底部）
（來自作者的CFD）
圖 2. Strata SE1公寓的流量分析
團隊的主要CFD研究基于在首爾建造的一座新高層建筑，這是世界上第八高的獨立式建筑，即樂天世界大廈。首爾是韓國最大的大城市之一，人口達一千萬，但與沿海韓國城市相比，內(nèi)陸地區(qū)的風向稍弱。因此，研究人員需要進行風能資源評估，以評估這座位于市中心的555 m的高層BIWT的潛在性能。在這樣的高度下，執(zhí)行原位測量非常復雜。因此，需要采用諸如LIDAR和SODAR的地面遠程傳感器來進行風力資源評估。
此外，需要設計一種數(shù)值天氣預報（NWP）模型和度量相關(guān)預測（MCP）方法，擴展通過遙感測得的短期數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生多年來的風力數(shù)據(jù)。然后，使用三維地理信息系統(tǒng)（GIS）數(shù)據(jù)庫和Cradle CFD來預測建筑物對盛行風的影響以及BWIT的可行性。團隊的工作流程如圖3所示，完整的細節(jié)可以在他們所做的工作的原始論文中找到（參考文獻 1）。
圖 3: 使用RS–NWP–CFD對高層BIWT進行風力
資源評估的程序
由于種種限制，研究中的遙感活動持續(xù)了兩個月。他們采取的第二步是創(chuàng)建風能圖，顯示塔架安裝區(qū)域中風能的空間變異性，從而確定渦輪機的布局。為了進行風力資源映射，首先使用CFD，模擬了按風向在目標區(qū)域的風流場。在這種情況下，總共模擬了16個風向.第三步是選擇一種風力渦輪機并確定最佳布局。盡管如果將風力渦輪機安裝在最高風能密度位置可以使能量產(chǎn)生最大化，但是還需要考慮尾流損失。
展開 Ansys助力Vestas完成風力渦輪機控制器的復雜安全設計，推動零排放進程
Vestas在其整個產(chǎn)品鏈上擴展Ansys仿真解決方案的使用，幫助其開發(fā)更安全的風力渦輪機控制解決方案（圖片由Vestas提供）
Vestas使用Ansys SCADE的基于模型的軟件開發(fā)環(huán)境來設計風力渦輪機控制器，成功滿足其獨特的系統(tǒng)設計與認證要求。SCADE支持與產(chǎn)品平臺無關(guān)的可變部分開發(fā)，僅修改極少的參數(shù)就可以從一臺渦輪機更改到另一臺渦輪機，這項工作為客戶帶來性價比更高、品質(zhì)更優(yōu)的渦輪機設計。
Vestas功能安全業(yè)務部電源解決方案高級專家Keld Hammerum表示：“SCADE依然是我們解決風力渦輪機組件固有復雜性的首選工具。對于在過去三年中SCADE Test的持續(xù)改進以及我們從Ansys得到的支持，我們倍感欣喜。在我們自己的仿真框架中重復使用Ansys SCADE應用軟件模型有助于推動更可靠、更優(yōu)異的仿真，最終讓我們推出更具競爭力的風力渦輪機設計。”
Ansys產(chǎn)品高級副總裁Shane Emswiler指出：“Ansys SCADE幫助Vestas開發(fā)客戶在風力渦輪機設計中所需的先進、復雜的軟件，讓設計更容易符合IEC 61508等相關(guān)安全標準。在不同的仿真環(huán)境下運行專門的SCADE模型可以改善仿真結(jié)果，我們將繼續(xù)支持Vestas致力于開發(fā)安全、可持續(xù)的能源解決方案。”
展開 Ansys助力Vestas完成風力渦輪機控制器的復雜安全設計，推動零排放進程
Vestas在其整個產(chǎn)品鏈上擴展Ansys仿真解決方案的使用，幫助其開發(fā)更安全的風力渦輪機控制解決方案（圖片由Vestas提供）
Vestas使用Ansys SCADE的基于模型的軟件開發(fā)環(huán)境來設計風力渦輪機控制器，成功滿足其獨特的系統(tǒng)設計與認證要求。SCADE支持與產(chǎn)品平臺無關(guān)的可變部分開發(fā)，僅修改極少的參數(shù)就可以從一臺渦輪機更改到另一臺渦輪機，這項工作為客戶帶來性價比更高、品質(zhì)更優(yōu)的渦輪機設計。
Vestas功能安全業(yè)務部電源解決方案高級專家Keld Hammerum表示：“SCADE依然是我們解決風力渦輪機組件固有復雜性的首選工具。對于在過去三年中SCADE Test的持續(xù)改進以及我們從Ansys得到的支持，我們倍感欣喜。在我們自己的仿真框架中重復使用Ansys SCADE應用軟件模型有助于推動更可靠、更優(yōu)異的仿真，最終讓我們推出更具競爭力的風力渦輪機設計。”
Ansys產(chǎn)品高級副總裁Shane Emswiler指出：“Ansys SCADE幫助Vestas開發(fā)客戶在風力渦輪機設計中所需的先進、復雜的軟件，讓設計更容易符合IEC 61508等相關(guān)安全標準。在不同的仿真環(huán)境下運行專門的SCADE模型可以改善仿真結(jié)果，我們將繼續(xù)支持Vestas致力于開發(fā)安全、可持續(xù)的能源解決方案。”
展開 Van Oord攜手Ansys加速設計高度可持續(xù)性海上風力渦輪機
通過采用Ansys將模型運行時間從150小時縮短到24小時，將研發(fā)時間縮短了7倍
主要亮點
Ansys解決方案幫助Van Oord快速增加設計載荷組合，并為高級風力渦輪機基座的研發(fā)節(jié)省計算時間
Van Oord 工程師采用Ansys Cloud和Ansys Mechanical對新產(chǎn)品設計進行優(yōu)化，最大限度降低項目風險，簡化供應商談判并縮短產(chǎn)品研發(fā)時間
Van Oord與Ansys 展開合作推進環(huán)境可持續(xù)性，同時加快海上風力渦輪機行業(yè)的新產(chǎn)品設計。Ansys幫助Van Oord工程師開發(fā)前沿的風力渦輪機基座，從而有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量，并以前所未有的速度向市場推出新型創(chuàng)新產(chǎn)品。
設計風力渦輪基座通常需要Van Oord工程師投入大量時間研發(fā)眾多復雜的動態(tài)分析有限元模型。
展開 Van Oord攜手Ansys加速設計高度可持續(xù)性海上風力渦輪機
通過采用Ansys將模型運行時間從150小時縮短到24小時，將研發(fā)時間縮短了7倍
主要亮點
Ansys解決方案幫助Van Oord快速增加設計載荷組合，并為高級風力渦輪機基座的研發(fā)節(jié)省計算時間
Van Oord 工程師采用Ansys Cloud和Ansys Mechanical對新產(chǎn)品設計進行優(yōu)化，最大限度降低項目風險，簡化供應商談判并縮短產(chǎn)品研發(fā)時間
Van Oord與Ansys 展開合作推進環(huán)境可持續(xù)性，同時加快海上風力渦輪機行業(yè)的新產(chǎn)品設計。Ansys幫助Van Oord工程師開發(fā)前沿的風力渦輪機基座，從而有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量，并以前所未有的速度向市場推出新型創(chuàng)新產(chǎn)品。
設計風力渦輪基座通常需要Van Oord工程師投入大量時間研發(fā)眾多復雜的動態(tài)分析有限元模型。
展開 Van Oord攜手Ansys加速設計高度可持續(xù)性海上風力渦輪機
通過采用Ansys將模型運行時間從150小時縮短到24小時，將研發(fā)時間縮短了7倍
主要亮點
Ansys解決方案幫助Van Oord快速增加設計載荷組合，并為高級風力渦輪機基座的研發(fā)節(jié)省計算時間
Van Oord 工程師采用Ansys Cloud和Ansys Mechanical對新產(chǎn)品設計進行優(yōu)化，最大限度降低項目風險，簡化供應商談判并縮短產(chǎn)品研發(fā)時間
Van Oord與Ansys 展開合作推進環(huán)境可持續(xù)性，同時加快海上風力渦輪機行業(yè)的新產(chǎn)品設計。Ansys幫助Van Oord工程師開發(fā)前沿的風力渦輪機基座，從而有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量，并以前所未有的速度向市場推出新型創(chuàng)新產(chǎn)品。
設計風力渦輪基座通常需要Van Oord工程師投入大量時間研發(fā)眾多復雜的動態(tài)分析有限元模型。
展開 IEA 15MW 參考海上風力渦輪機 ￥20
IEA 15MW 參考海上風力渦輪機
2025年7月18日
IEA 15MW 參考海上風力渦輪機
2025年7月
海上風力渦輪機的 Solidworks 2025 CAD 模型，包括固定底部和浮動塔架配置。包含所有零件和組件的 Step 文件。
10米大的風力渦輪3D打印機，Voxeljet與GE合作
2021年9月18日，南極熊發(fā)現(xiàn)，在GE可再生能源部門最近發(fā)布的一份公告中描述了與voxeljet和Fraunhofer IGCV的合作，目的是開展風力渦輪機的有效生產(chǎn)。
△大尺寸的風力渦輪機葉片。來源：GE可再生能源
可再生能源已經(jīng)成為一項使用量急劇增加的技術(shù)，而該領(lǐng)域的一個關(guān)鍵組成部分是風能。風能是通過風經(jīng)過時渦輪機旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化得來的。擁有大直徑葉片的風輪機能源轉(zhuǎn)化效用最高，然而大葉片需要大的塔架，否則葉片尖端會撞擊地面。換句話說，未來的風力渦輪機最好以巨大的規(guī)模制造，這就帶來了一個問題。
在傳統(tǒng)的工廠里制造這些巨大的部件意味著它們必須被運到建造地點。通常情況下，建造地點需要位于風向最佳的地方，這往往是在不靠近工廠的地點，又或者沒有適當?shù)牡缆吠ㄐ小?大型部件的運輸也意味著穿越公路網(wǎng)，而且有很大的尺寸限制。有時，這意味著大件物品必須被分割成多個部件，在現(xiàn)場組裝，也需要額外的運輸成本。
對于一個致力于降低排放的行業(yè)來說，這聽起來并不像一個成功的案例。
△Voxeljet3D打印過程。來源：GE可再生能源
目前，業(yè)內(nèi)推出的新概念是直接在施工現(xiàn)場生產(chǎn)較大的部件。Voxeljet的設備將打印出砂模，這將成為大規(guī)模鑄造的模具。通用電氣可再生能源公司表示：“一些部件的長度可能大到9.5米（31英尺）。我們正在開發(fā)的AdvanceCasting Cell（ACC）3D打印機將得到德國聯(lián)邦經(jīng)濟事務和能源部的財政支持，通過打印的模具來鑄造GE Haliade-X的機艙2的部件，每個部件的重量可以超過60公噸，這種生產(chǎn)模式將把模具制作時間從十周或更長時間縮短到只有兩周。"
△大型渦輪機部件的鑄造工藝。
展開 風力渦輪機計算流體動力學和有限元分析-流固耦合 ￥23
該葉片的設計尺寸與GE 1.5XLE風力渦輪機相近，長度為42.3米。本模塊通過穩(wěn)態(tài)單向流固耦合(FSI)分析，計算風力渦輪機葉片在氣動載荷作用下的變形。計算過程使用Fluent軟件，并包含計算結(jié)果和幾何文件……5
（1）mechanical
（2）Fluent
（3）耦合
案例分享 | 基于海克斯康技術(shù)的渦輪增壓風力發(fā)電機設計與分析
最后，強大的 CFD 和熱-流分析還可以涵蓋許多風力渦輪機問題，例如潛在的氣動彈性顫振、葉片的空氣動力學和專業(yè)泵的設計（圖 8 和 9）。此外，Cradle CFD 可以與其他產(chǎn)品（例如 Actran）結(jié)合使用，以預測來自渦輪葉片的氣動噪聲。由于渦輪機將安裝在住宅區(qū)的后院，因此最大限度地降低氣動噪聲對產(chǎn)品的成功至關(guān)重要。
圖 8：渦輪葉片上的壓力分布（前/后視圖）
圖 9：葉片上的壓力分布（側(cè)視圖）
文獻分享丨綜述：風力渦輪機與風場的尾流
尾流是影響風電場設計，運行控制和電纜布置的重要因素，經(jīng)過和梁工的交流，我發(fā)現(xiàn)之前對垂直軸風力機的尾流的文獻閱讀比較少，而這是風力渦輪機的一個特重要的參數(shù)。原文可點擊原文鏈接（文章為開源）。
文章原題：W
ind-Tur
bine and Wind-Farm Flows: A Rev
ie
w，英國杜倫大學
文章的主要內(nèi)容如下：
隨著水平軸風力機的發(fā)展，以及空氣動力學的進步，現(xiàn)代的水平軸風力機實現(xiàn)了約0.5的功率系數(shù)，非常接近貝茨極限（0.593），但對實際的風力機以及風場的性能預測仍然是一個比較復雜的事，這是由于風力渦輪機與大氣邊界層（atmospheric boundary layer）之間的復雜相互作用。
本文總結(jié)了影響風能的四個不同尺度，從翼形尺度到宏觀尺度。如圖1，
近年來，研究人員主要通過以下四種方法分析湍流，大氣邊界層與風力渦輪機以及風場的相互作用：分析模型（analytical modelling），計算機流體動力學（CFD）,風洞實驗（wind tunnel experients），現(xiàn)場實驗（field experiments）。
風力發(fā)電機對流場的影響包括上游（也稱為感應區(qū)域）和下游（即渦輪機前方，及渦輪機后方），且對上游的影響主要是降低風速，
x代表流向方向，風輪處為0，逆風方向為負，d為轉(zhuǎn)子直徑,a表示轉(zhuǎn)子感應系數(shù)。
渦輪機的下游區(qū)域，也就是尾流，通常分為兩個區(qū)域，分別為：1近尾流（長度為2~4個轉(zhuǎn)子直徑）2遠尾流，如圖2，
近尾跡區(qū)域會受到葉片，葉片形狀，輪轂，機艙形狀的影響，所以流場非常復雜，相反，遠尾跡區(qū)域受風力機的影響較小。
展開 