垂直風力機的案例
垂直風力機仿真分析APP
<p>垂直風力機仿真分析APP封裝了計算域網格疏密參數、吹風條件參數、葉輪旋轉參數以及計算控制參數等，可快速計算風力狀況及電機轉速等改變的情況下對葉輪氣動壓力及旋轉區域附近流場分布的影響。垂直風力機仿真分析APP可查看速度、壓力等工程所需的計算結果。</p><p><span style="background-color: transparent;"><img src="https://pic1.zhimg.com/80/v2-982347cecb9580b2b5428bb9bd052778_1440w.webp" height="537" width="574"></span></p><p>近年來，隨著可再生能源的不斷發展和應用，風力發電成為了備受矚目的一種綠色能源。而垂直風力機，作為一種新型的風力發電裝置，也逐漸引起了人們的關注。然而，在垂直風力機的設計和優化中，如何準確地預測和分析其氣動性能一直是一個難題。而垂直風力機仿真分析APP的出現，為解決這個問題提供了一種有效的途徑。</p><p><span style="background-color: transparent;"><img src="https://pic2.zhimg.com/80/v2-2d789a596478514c648bc6cfc86e1fdd_1440w.webp" height="740" width="1341"></span></p><p>垂直風力機仿真分析APP的主要功能是對垂直風力機的氣動特性進行分析和計算。通過封裝計算域網格疏密參數、吹風條件參數、葉輪旋轉參數以及計算控制參數等，該APP可以快速計算風力狀況及電機轉速等改變的情況下對葉輪氣動壓力及旋轉區域附近流場分布的影響。同時，該APP還可以查看速度、壓力等工程所需的計算結果。
展開 仿真APP應用案例——垂直風力機仿真分析
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</figure>
</figure><p><br></p><p><strong>垂直風力機</strong>是一種以垂直旋轉軸為核心的風力發電裝置，其葉片圍繞塔筒水平旋轉，與傳統水平軸風力機形成鮮明對比。這種設計賦予了它三大核心優勢：</p><p><br></p><p>1.<strong>無需對風，適應性強：</strong>垂直風力機無需尾翼或偏航系統調整方向，可在任意風向條件下穩定運行，尤其適合復雜地形與城市環境。</p><p>2.<strong>低風速啟動，發電曲線優化</strong>：通過葉片空氣動力學設計，其啟動風速低至 2.5m/s，且在 5-8m/s 風速區間發電量較水平軸機型高 10%-30%，顯著提升低風速地區的能源利用率。</p><p>3.<strong>結構簡化，維護便捷</strong>：發電機與傳動系統位于地面，無需高空作業，維護成本降低約 40%。</p><p><br></p><p><strong>垂直風力機仿真分析APP</strong>封裝了計算域網格疏密參數、吹風條件參數、葉輪旋轉參數以及計算控制參數等，可快速計算風力狀況及電機轉速等改變的情況下對葉輪氣動壓力及旋轉區域附近流場分布的影響。垂直風力機仿真分析APP可查看速度、壓力等工程所需的計算結果。
展開 被動網格6DOF技術在垂直風力機優化設計中的應用
本案例的模擬得到了陜西工業科技攻關項目的支持，公開將模擬中的相關參數及成果與大家分享
傳統對于垂直風力機的模擬多采用滑移網格法，將流域分為旋轉區域和靜止區域，認為設定風力機轉速，這種方法操作簡單且能較為精確模擬出風力機的運動狀況，但這種方法做了過多簡化和假設與實際尚存在出入，如圖1所示為滑移網格模擬得到風垂直風力機速度場三維分布圖。
圖1滑移網格法得到的垂直風力機速度場三維分布圖
1.本案例采用的技術介紹
1.1 針對垂直風力機旋轉模擬最佳方法即被動網格法，但存在如下操作難度亦也是本案例的創新點：
（1）采用被動網格，對網格質量要求很高，很容易出現負體積；
（2）由于采用被動網格考慮的因素會更多，風力機的中心，慣性矩及體積等參數都需要借助solidworks，UG，ProE等進行獲取；
（3）需要編寫UDF函數
如圖2所示為本案例中采用的分析模型；
圖2本案例采用的五葉片分析模型
1.2 圖3為本例中采用的UDF函數；
圖3 本例UDF函數
1.3 網格劃分
建立局部網格的加密區，如圖4所示
圖4 網格劃分圖
2 結果分析圖
模擬可得垂直風力機葉片周圍的速度、壓力、湍流強度分布圖，以及不同葉片寬度下風力機的功率系數，從而可以用于確定風力機的最優設計，在保證功率系數最大的情況下，減少葉片表面風壓。
圖7為轉速為17rpm時不同葉片寬度的的力矩系數-時間曲線，從圖中可以看出，當葉片寬度為0.76m時力矩系數的周期性不是很明顯，同一周期內差別明顯，隨著葉片寬度的增加，力矩系數的變化出現了明顯周期性規律，同時可以看出葉片寬度在0.8m和0.82m時相同周期內各力矩系數的峰值之間差距相比于其他兩種葉片寬度最小。
展開 垂直軸風力機數值仿真——建模篇SpaceClaim附腳本 ￥12
腳本執行過程：
垂直軸風力機數值仿真——建模篇SpaceClaim.mp4
文獻分享丨綜述：風力渦輪機與風場的尾流
在垂直軸風力機中，這些不對稱性很大程度上取決于風機運行時的葉尖速比值，隨著葉尖速比的提高，這些不對稱性會減小。在Shamsoddin and Porté-Agel (2016）的研究中，結果顯示了相對較小的不對稱性，其葉尖速比值為5.2016。
最后，本文在展望中也提到了，研究新的風力機技術，包括不同類型的垂直軸風力機，以及多轉子（水平軸風力機與垂直軸風力機）的風電場。這或許是垂直軸風力機的另一條出路：和水平軸風機相互作用。
文章來源：今夜你不必盛裝
展開 Fluent實用案例 | 6DOF垂直軸風力機被動旋轉仿真
垂直軸立風機是一種新型風力發電機，其特點是風輪軸線與風向垂直，與傳統的水平軸風力發電機相比，具有結構簡單、啟動風速低、噪音小、適用于復雜風場等優點。本案例利用Fluent中的6DOF模型與滑移網格，對垂直軸風力機被動旋轉展開了相關仿真計算，本案例僅進行了簡單的教學演示，依據該案例的設置方法，后續可以對不同的垂直軸風力機展開更為精準復雜的仿真計算。
1 workbench 設置
本案例具體設置如下圖，其中紅色框內的模塊用來進行網格劃分，黑色框內的模塊進行仿真計算，藍色框內的模塊進行模型屬性求解 ：
2 幾何設置
2.1 導入幾何
本案例的模型十分簡單，分為旋轉域與靜止域，葉片采用NACA0012型翼型，長0.4m，高3m，三片葉輪。具體尺寸參數如下圖所示：
靜止域尺寸如下所示，長25嗎，寬10m，高4m。
2.2 幾何屬性求解
首先將風力機模型導入DM，進行初步處理，將壁面設置為8mm進行抽殼。抽殼后模型如下圖所示：
在DM中進行屬性求解，可以得到對應的質量和轉動慣量。
3 Fluent Meshing 設置
3.1 網格設置
采用 Fluent meshing 進行網格劃分，采用六面體網格劃分。具體的網格劃分如下圖所示：
4 FLUENT 設置
4.1 General設置與網格導入
導入網格的方式和前幾篇RBM求解的方式相同，先導入旋轉域網格，再通過附加cas的方法導入靜止域網格，有不了解的可以閱讀 Fluent旋轉機械瞬態計算（一） 中的4.1部分。然后勾選為瞬態計算，并選擇壓力基求解器。
展開 垂直軸風力機數值仿真——Fluent計算篇 ￥1
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</jsk>
</div><p class="ql-align-justify"> 上一篇：</p><div contenteditable="false" width="100%"><figure class="figure-link" data-title="垂直軸風力機數值仿真——網格篇" data-link="https://www.yqgqt.org.cn/post/1925693"><div class="link-card"><span class="link-title">垂直軸風力機數值仿真——網格篇</span><div class="link-url">https://www.yqgqt.org.cn/post/1925693</div></div></figure></div><p><br></p>
展開 垂直軸風力機數值仿真——網格篇 ￥1.2
本案例將通過SpaceClaim采用Python腳本定義邊界條件，并通過ICEM劃分網格，介紹網格劃分過程。
1. SpaceClaim定義邊界條件
讀取
上一篇
的幾何文件繼續處理即可，主要是對選定的面來定義邊界。
# 打開文件
DocumentOpen.Execute(linux_path+"/wt.scdoc")
# EndBlock
# 創建指定的選項組
primarySelection = Selection.Create(GetRootPart().Bodies[1].Faces[0])
secondarySelection = Selection.Empty()
result = NamedSelection.Create(primarySelection, secondarySelection)
# EndBlock
# 重命名指定的選項
result = NamedSelection.Rename("組1", "interface_out")
# EndBlock
2.ICEM劃分網格
這里采用ICEM對仿真模型劃分六面體網格，這里提一下為什么劃分六面體網格，主要是模型其實是二維拉伸的，所以只需要劃分一層網格就能滿足計算要求，在很大程度上能很好的控制網格數量。嘗試采用mesh或者fluent meshing 劃分網格無法實現。感興趣的可以自行嘗試。
1）讀取幾何模型
讀入幾何模型時需要可以這樣設置，勾選“Import Solid Bodies”,導入實體幾何即可，不需要創建材料（這里其實是指體的概念）；勾選“Named Selection Processing”可以將定義好的邊界完整導入。這樣導入可以保證幾何完整，邊界完整
展開 垂直軸風力機問題交流
風力機尾流場計算不準，求大神有償求教，icem
Ansys進階之路丨原創案例大賽的精華全在這里了
被動網格6DOF技術在垂直風力機優化設計中的應用
作者：李陽
本文基于Ansys采用了針對垂直風力機旋轉模擬最佳方法即被動網格法來進行垂直風力機模擬仿真，用于確定風力機的最優設計。
ANSYS顯示動力學分析實例
作者：王攀
在仿真過程中遇到瞬態大變形，材料破壞失效等情況下可以借助ANSYS 的顯示動力學分析來解決。ANSYS顯示動力學模塊包括三種：Explicit Dynamics、ANSYS AUTODYN、ANSYS LS-DYNA。本期通過一個實例來簡單介紹下這三個模塊的具體操作。
基于ANSYS的自適應網格劃分
作者：張應遷
ANSYS程序提供了近似的技術自動估計特定分析類型中因為網格劃分帶來的誤差，這一自動估計網格劃分誤差并細化網格的過程就叫做自適應網格劃分，本文詳細介紹了基于ANSYS的自適應網格劃分，還有視頻演示哦。
Workbench瞬態熱分析
作者：張寶庫
本文是基于Ansys Workbench的瞬態熱分析，將一個溫度為900攝氏度的鋼球放在空氣中冷卻，分別查看鋼球和外部空氣的溫度變化，通過 ANSYS workbench 講解了鋼球瞬態散熱問題的方法和具體應用。
論焊接，3D打印模擬的熱源模型——焊縫、3D打印高度變換模擬
作者：綠草地
焊接、3D打印是難度相對較高的數值模擬過程，在模擬溫度場及應力場過程中，至關重要的是如何進行熱源函數的建立和加載，作者基于Ansys對此進行了解答。
展開 技術鄰恭祝大家元旦快樂！2017年度精粹盤點，自帶福利喲~
被動網格6DOF技術在垂直風力機優化設計中的應用
傳統對于垂直風力機的模擬多采用滑移網格法，將流域分為旋轉區域和靜止區域，認為設定風力機轉速，這種方法操作簡單且能較為精確模擬出風力機的運動狀況，但這種方法做了過多簡化和假設與實際尚存在出入，如圖1所示為滑移網格模擬得到風垂直風力機速度場三維分布圖。
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3. ANSYS Workbench 設計、仿真與優化.pdf
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5. ANSYS Workbench 14.5有限元分析案例詳解.pdf
6. ANSYS Workbench 14.5數值模擬工程實例解析.zip
7. ANSYS-workbench-接觸簡介.pdf
8. ANSYS_Workbench_官方培訓教程(全面詳細).pdf
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風力發電原理介紹
風力發電的種類
盡管風力發電機多種多樣，但歸納起來可分為兩類：①水平軸風力發電機，風輪的旋轉軸與風向平行；②垂直軸風力發電機，風輪的旋轉軸垂直于地面或者氣流方向。
水平軸風力發電機
水平軸風力發電機科分為升力型和阻力型兩類。升力型風力發電機旋轉速度快，阻力型旋轉速度慢。對于風力發電，多采用升力型水平軸風力發電機。大多數水平軸風力發電機具有對風裝置，能隨風向改變而轉動。對于小型風力發電機，這種對風裝置采用尾舵，而對于大型的風力發電機，則利用風向傳感元件以及伺服電機組成的傳動機構。
風力機的風輪在塔架前面的稱為上風向風力機，風輪在塔架后面的則成為下風向風機。水平軸風力發電機的式樣很多，有的具有反轉葉片的風輪，有的再一個塔架上安裝多個風輪，以便在輸出功率一定的條件下減少塔架的成本，還有的水平軸風力發電機在風輪周圍產生漩渦，集中氣流，增加氣流速度。
垂直軸風力發電機
垂直軸風力發電機在風向改變的時候無需對風，在這點上相對于水平軸風力發電機是一大優勢，它不僅使結構設計簡化，而且也減少了風輪對風時的陀螺力。
利用阻力旋轉的垂直軸風力發電機有幾種類型，其中有利用平板和被子做成的風輪，這是一種純阻力裝置；S型風車，具有部分升力，但主要還是阻力裝置。這些裝置有較大的啟動力矩，但尖速比低，在風輪尺寸、重量和成本一定的情況下，提供的功率輸出低。
展開 未來城市如何節能：把水泥變電池，腳踩路面能發電
圖5：含有鈦的鈣鈦礦可以制作更高效的太陽能電池板
風能是另一種最常見的可再生能源，傳統的渦輪機在建造區域不能很好地工作，因為風向變化很大。為此，研究人員尼古拉斯·奧雷拉瓦納（Nicolas Orellana）和亞森·諾蘭尼（Yaseen Noorani）提出了制造球形風力渦輪機的設想，解決風向變化的問題。
奧雷拉瓦納與諾蘭尼開發的O-Wind型風力渦輪機已經贏得了英國2018年詹姆斯戴森大獎(James Dyson Award)，它是一個球形裝置，無論風從任何方向吹來，它都能旋轉。
來自土耳其的科技公司Devici提供了另一個解決方案，即在道路上使用垂直風力渦輪機，由過往車輛的氣流提供動力。該公司表示，其Enlil渦輪機目前正在伊斯坦布爾進行測試，每小時可以產生1千瓦的能量，足以滿足兩戶家庭的電力需求。該公司還稱，這種渦輪機還可以安裝太陽能電池板和地震傳感器。
圖6：伊斯坦布爾街道上的垂直風力渦輪機
但并不是所有的城市能源開采項目都具有商業意義。例如，在法國，工程公司Colas已經在全國各地，以及美國和日本，開辟出光伏道路。Colas已經在諾曼底鋪設了長近1公里的單行車道，投資430萬英鎊。在美國建成的1.6公里雙車道公路成本則為380萬英鎊。
還有一個問題是它們的能源生產能力有多強？太陽能電池板是平放在地面上的，而不是朝向太陽，為此可能受到交通堵塞的影響，有時也會被雪、泥或水覆蓋。
圖7：Colas公司估計，在擁有5000名居民的小鎮，1公里長的道路就可以為公共照明提供足夠電力
2014年，阿姆斯特丹建成了長70米的太陽能自行車車道，建設成本為260萬英鎊。它在建成后第一年就生產了3000千瓦時電力。而260萬英鎊的建設成本，這座城市可以在公開市場上購買6500萬千瓦時的電力。
另一項在商業上難以證明其合理性的技術是壓電技術。
展開 FENSAP-ICE應用實例--多因素影響下的風力機結冰模擬 ￥69.9
導讀：
風能具有可再生、無污染而且儲量大的優勢，采用風力發電機將風能轉化成電能是現在綠色能源的重要來源之一。為了提高風力機的裝機容量，在寒冷地區(高山)安裝風力機的情況越來越多，主要原因是寒冷地區的空氣密度更高，大溫差形成的風更強，有利于風能的利用。風力機葉片表面的形狀對風能的利用效率影響很大，在高緯度或高海拔地區的冬季，空氣中的過冷水滴碰到運行的風力機葉片會引起葉片表面結冰，對風力機運轉的安全性和經濟性造成嚴重的影響。
人工為風電葉片除冰
葉片大量覆冰會造成風力機功率損失、機械故障、墜冰引發的安全隱患等問題：改變葉片的氣動性能，造成葉輪氣動、質量不平衡；升力系數下降和風能利用率降低，造成發電量的損失；阻力系數增加，導致傳動鏈軸向載荷過大；葉片質量增加，輪轂轉矩增大，影響葉根處疲勞壽命；葉片旋轉過程中容易出現冰塊脫落，發生墜落傷害等事故。
鑒于以上葉片結冰的巨大危害，所以本文通過仿真方法確定多個因素對結冰的影響，盡可能優化設計以減少結冰情況的發生。另外，通過仿真方法分析結冰厚度、結冰位置，為后續除冰提供指導依據。
1 仿真前處理
1.1 幾何模型處理
在進行數值計算之前，往往需要將數模進一步的處理，以方便而準確地得到數值解。這部分數模處理工作使用ANSYS SCDM中的建模工具完成。
風力發電葉片計算域數模
建立的數模為典型的方型遠場。
1.2 網格劃分和邊界條件
網格生成是采用計算流體力學方法對流場進行數值模擬的基礎，常用的網格分為結構網格和非結構網格兩大類。本文工作要借助通用的網格生成軟件FLUENT MESHING生成計算區域內的網格。該類型的網格尺度容易控制，對復雜外形和不規則壁面邊界的適應性強，有助于后續的流場計算結果的收斂性。
劃分網格需建立相應的遠場邊界面、地面以及葉片表面分區。
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詳情回顧：
http://www.yqgqt.org.cn/content/activity/jslinkMegagame
投票說明
1.投票截止時間：2017年9月29日24:00
2.請在17個案例中挑選你認為的最佳ANSYS原創案例，每個微信號每天限投1次，每次可投10個案例
3.微信投票結果將作為“技術鄰杯”ANSYS最佳原創案例評選人氣得分的重要參考
獎品設置
一等獎（1名）：2500元現金+實物獎杯
二等獎（2名）：1000元現金+實物獎杯
三等獎（5名）：800元現金+實物獎杯
四等獎（7名）：200元話費充值卡+實物獎杯
候選案例
1.基于Ansys Topology Optimization的連桿結構拓撲優化簡例（作者：CAE夢想很偉大）
2.被動網格6DOF技術在垂直風力機優化設計中的應用（作者：李陽）
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4.電磁爐加熱水分析—電磁熱結構耦合分析（作者：大龍貓）
5.Workbench瞬態熱分析（作者：張寶庫）
6.基于LS-DYNA大型建筑物在隧道爆破條件下振動仿真（作者：葉小軍）
7.論焊接，3D打印模擬的熱源模型——焊縫、3D打印高度變換模擬（作者：綠草地）
8.滾子軸承有關空心度，接觸，負荷等問題研究（作者：伍黎）
9.利用ANSYS實現DOE分析的方法（作者：史戈）
10.基于ANSYS的多管式鋼內筒煙囪有限元分析（作者：水哥ANSY）
11.ANSYS顯示動力學分析實例（作者：王攀）
12.WorkBench平臺下兩圓管雙向流固耦合分析（作者：翟建平）
13.分配器多相流仿真——歐拉模型和VOF（作者：肖芳斌）
14.水下爆破沖擊波損壞艦船的仿真模擬
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