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風(fēng)力機葉片表面的形狀對風(fēng)能的利用效率影響很大，在高緯度或高海拔地區(qū)的冬季，空氣中的過冷水滴碰到運行的風(fēng)力機葉片會引起葉片表面結(jié)冰，對風(fēng)力機運轉(zhuǎn)的安全性和經(jīng)濟性造成嚴重的影響。

CFD是一種基于計算機的數(shù)值模擬方法，用于研究流體流動、傳熱、化學(xué)反應(yīng)等物理現(xiàn)象。通過建立數(shù)學(xué)模型，我們可以模擬流體在風(fēng)力發(fā)電機周圍的流動情況，并分析尾流及其相互作用的流場分布。在風(fēng)力發(fā)電機尾流的研究中，CFD數(shù)值仿真可以幫助我們了解尾流的形成、擴散和再附著過程。尾流是指風(fēng)力發(fā)電機在運行過程中，在葉片后方形成的渦旋流動區(qū)域。這個區(qū)域的流場分布對風(fēng)力發(fā)電機的性能和穩(wěn)定性有著重要影響。

案例將通過SpaceClaim建立垂直軸風(fēng)力機的數(shù)值仿真模型，主要介紹通過腳本實現(xiàn)建模的過程。1.模型介紹垂直軸風(fēng)力機葉片翼型為NACA0012，翼型數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)站http://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=n0012-il。

<p class="ql-align-justify">本案例將采用Fluent進行瞬態(tài)計算，進行垂直軸風(fēng)力機仿真分析。</p><p>1.

由于三維勢流理論無法考慮浮體的黏性效應(yīng),軟件采用Morison方程的拖曳項模擬浮式風(fēng)力機的黏性阻尼。 浮式風(fēng)力機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜,既包括了葉片、塔柱和傳動軸等柔性構(gòu)件,又包括了機艙和浮式基礎(chǔ)等剛性結(jié)構(gòu)。因此,不同數(shù)值仿真軟件對于浮式風(fēng)力機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動力學(xué)模型的建立區(qū)別較大。

試驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果的對比分析，驗證了數(shù)值模擬具有較好的準確性和可信度，從而在實際工程中，可用數(shù)值模擬來代替部分試驗，以達到縮短周期、節(jié)約開發(fā)成本的目的。 文章來源：聚英風(fēng)機

趙永生等[9]針對漂浮式風(fēng)力機可能遭遇到的極端惡劣海洋環(huán)境，通過極端載荷統(tǒng)計外推的方法得到了不同概率極端海況下張力腿平臺葉根受力情況。馬剛等[10]對某半潛式浮式風(fēng)力機開展氣動-水動-伺服-彈性耦合數(shù)值模擬，預(yù)報不同向變極端相干陣風(fēng)（ECD）工況與浪流耦合環(huán)境下系統(tǒng)的氣動和水動響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在9s左右所研究浮式風(fēng)力機的系泊張力最大，可能造成系泊線的斷裂，這是影響系泊安全的關(guān)鍵參數(shù)。

圖 3: 使用RS–NWP–CFD對高層BIWT進行風(fēng)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(fēng)能圖，顯示塔架安裝區(qū)域中風(fēng)能的空間變異性，從而確定渦輪機的布局。為了進行風(fēng)力資源映射，首先使用CFD，模擬了按風(fēng)向在目標區(qū)域的風(fēng)流場。在這種情況下，總共模擬了16個風(fēng)向.第三步是選擇一種風(fēng)力渦輪機并確定最佳布局。

一、基于Star-ccm+的旋轉(zhuǎn)水輪機數(shù)值模擬導(dǎo)讀：STAR-CCM+是一款當前比較流行的計算流體力學(xué)軟件，該軟件在旋轉(zhuǎn)機械領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用場景，本文基于STAR-CCM+軟件中的運動參考系的方法來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)水輪機的數(shù)值模擬，過程涉及變參考系旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)方法，基于VOF方法的水力空化模擬方法以及相關(guān)后處理方法等。

您將學(xué) 到什么 模擬 NREL 第六階段風(fēng)力渦輪機案例 參加本課程 后，學(xué)生將能夠模擬任何類型的風(fēng)力渦輪機 您將獲得創(chuàng)建水平軸風(fēng)力渦輪機 CAD 模型的技能 您應(yīng)該能夠使用本課程中教授的技能以及任何其他風(fēng)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

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(wǎng)格，介紹網(wǎng)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(xù)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

，并對海上風(fēng)力機浮式平臺的水動力性能進行系統(tǒng)研究。

下圖為數(shù)值模擬結(jié)果。風(fēng)機在計算域中的示意圖風(fēng)機在計算域中的示意圖風(fēng)機在簡化氣動力下轉(zhuǎn)動效果 流固耦合條件下模擬，可以考慮風(fēng)機塔架、機艙的振動響應(yīng)。 在此種模擬方法下，可以輸出風(fēng)場縱剖面速度云圖，考慮風(fēng)機的尾流效應(yīng)。

例如，它只能模擬特定的氣動特性，而無法考慮其他因素對風(fēng)力機性能的影響。此外，它的計算結(jié)果也可能受到一些誤差和偏差的影響。因此，在使用該APP時，需要結(jié)合實際情況進行分析和判斷。</p><p>綜上所述，垂直風(fēng)力機仿真分析APP的出現(xiàn)，為垂直風(fēng)力機的設(shè)計和優(yōu)化提供了一種有效的工具和途徑。隨著科技的不斷發(fā)展和應(yīng)用，相信這種工具將會越來越成熟和完善，并為風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻。

本案例所模擬的水斗式水輪機雖然結(jié)構(gòu)簡單，但所使用的方法適用所有水輪機結(jié)構(gòu)，即多相流模型+耦合運動模型，其中多相流模型中應(yīng)用了LEVEL SET方法，可以較好的捕捉兩相界面；耦合運動模型可以選擇位移或旋轉(zhuǎn)運動（本例為旋轉(zhuǎn)）。

為了確定水輪機載荷，通過STAR-CCM+ 數(shù)值模擬得到本文水輪機側(cè)向力（見圖 5）和推力曲線（見圖 6）。根據(jù)所得數(shù)據(jù)將水輪機在相應(yīng)流速下所得載荷按照定常力和力矩的形式加入數(shù)值模型中。

風(fēng)功率預(yù)報模型現(xiàn)在已經(jīng)在風(fēng)電場風(fēng)力發(fā)電過程中得到廣泛應(yīng)用。CFD在風(fēng)能發(fā)展中的應(yīng)用尾流模擬隨著計算能力的發(fā)展，CFD 越來越多地用于風(fēng)力發(fā)電機建模。這里必須區(qū)分轉(zhuǎn)子、近尾流和遠尾流區(qū)域：近尾流通常指風(fēng)力發(fā)電機下風(fēng)處一個轉(zhuǎn)子直徑內(nèi)的區(qū)域，在此之外是遠尾流區(qū)域，風(fēng)力發(fā)電機引起的渦旋結(jié)構(gòu)開始分解，對葉片的空氣動力學(xué)的研究被歸為轉(zhuǎn)子模型。

垂直軸立風(fēng)機是一種新型風(fēng)力發(fā)電機，其特點是風(fēng)輪軸線與風(fēng)向垂直，與傳統(tǒng)的水平軸風(fēng)力發(fā)電機相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、啟動風(fēng)速低、噪音小、適用于復(fù)雜風(fēng)場等優(yōu)點。本案例利用Fluent中的6DOF模型與滑移網(wǎng)格，對垂直軸風(fēng)力機被動旋轉(zhuǎn)展開了相關(guān)仿真計算，本案例僅進行了簡單的教學(xué)演示，依據(jù)該案例的設(shè)置方法，后續(xù)可以對不同的垂直軸風(fēng)力機展開更為精準復(fù)雜的仿真計算。

主要算法可能包括：1) 流體動力學(xué)算法：用于模擬水流、波浪、潮汐等海洋流體的運動和力學(xué)特性。2) 結(jié)構(gòu)力學(xué)算法：用于分析海洋結(jié)構(gòu)（如船舶、平臺等）在波浪和風(fēng)力作用下的應(yīng)力和變形。3) 聲波傳播算法：用于研究水下聲學(xué)傳播、聲吶信號傳輸?shù)葐栴}。4) 數(shù)值模擬算法：用于模擬海洋和海岸工程問題的數(shù)值方法，如有限元法、邊界元法等。

飛機在迎角為0°時，經(jīng)Fluent軟件的數(shù)值模擬可以得出：1) 戰(zhàn)略運輸機的動壓、靜壓云圖見圖4；2) 戰(zhàn)略運輸機的速度等值面圖見圖5。經(jīng)Fluent軟件的數(shù)值模擬，戰(zhàn)略運輸機在迎角為-6～15°時，還可得出氣動力系數(shù)和氣動力矩系數(shù)見表2。同理分析戰(zhàn)略預(yù)警機在12 km空中飛行時的氣動特性。