立轴式可变角叶轮流场数值模拟

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在世界各国面临能源短缺的今天,对具有可再生、无污染、分布广、稳定等显著特点的风能、水能的开发与利用成为了当今世界最为关注的研究课题之一。在风能、水能的开发利用中,能量转换装置是关键因素之一,而装置的形式及其相应的流体动力性能也就成为风能、水能转换的核心技术,是研究和探讨的重点。本文的主要工作是对两种能量转换装置-流水摆式装置与垂直轴叶轮的流体动力性能进行分析。首先,应用CFD软件FLUENT对流水摆式装置的叶片进行二维数值模拟。通过自主编程结合FLUENT处理动边界的动网格功能,实现了流水摆式装置叶片运动的模拟,进而对二维机翼动态的水动力性能进行计算,并探讨了翼间干扰对流水摆式装置水动力性能的影响。然后利用单盘面单流管法结合流水摆式装置叶片的运动方程,对流水摆式装置的流体动力性能进行计算。分析不同初始摆角、不同来流速度,不同密实度对装置性能的影响。最后,基于粘性CFD理论对被动调角式垂直轴叶轮进行数值模拟。针对叶片的运动建立力和力矩的平衡方程,编写UDF程序并通过FLUENT加载用户自定义函数(UDF),采用滑移网格和动网格相结合的方法实现了带惯性力系的垂直轴叶轮数值模拟。最终对被动变偏角叶轮的叶片偏角运动规律和叶轮功率特性进行研究。
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