风力机气动特性数值模拟与科学计算可视化研究

发布时间：2020-06-21 20:59

【摘要】：本研究课题依托“十二五”新疆制造业信息化科技示范工程（NO.201130110）——“制造业信息化关键技术与软件产品研发应用”项目。由于全球性的能源短缺，世界各国正在积极寻找新的能源捷径[1]。因此，风能开发成为许多国家高度重视的领域，从而风力机的风载荷研究也成为了我们进行安全稳定性能测试的主要参数之一。但是风载荷作用的重要参量——流场干扰等问题往往不能通过简单的实验进行解决。通常是需要进行风洞实验，即将实物或模型放入风洞中进行模拟试验，从而得出风荷载的相关数据作为风力机的设计依据和参考[2]。但它却存在成本高、周期长、灵活性差、有缩尺效应等缺点。为了寻找一种可以替代该传统设计的方法手段，我们通常的做法就是引入“数值风洞”技术进行气动特性数值模拟。然而随着计算机图形学的快速发展以及虚拟现实技术的广泛应用和发展，我们开始借助计算机进行超大数据量的计算，然后以直观的二维，三维图像进行展示，便于我们交流和理解。所以我们提出了面向OSG的风力机计算流体动力学（CFD)分析与科学计算可视化的研究课题。此课题是建立在计算流体动力学（CFD）原理的基础上。通过在计算机上应用ANSYS Workbench软件的CFX模块进行风力机的CFD分析计算求解，以达到对其进行气动特性数值模拟的结果，再结合面向虚拟现实技术的OSG软件来实现风力机气动特性数值模拟的科学计算可视化研究。从而将由风力机进行气动特性数值模拟所产生三维流场结果图以直观形象的效果展现出来，让用户更加直观的观察到风吹过风力机时所产生的流场，从而增加我们对不容易观察到的风力机流场的感知度，更有助于提高我们对风力机进行的科学研究水平。该方法相比于传统的模型试验方法具有：计算周期短、价格低廉、数据信息丰富、可进行多种风荷载下风力机的气动特性的数值模拟并实现相对直观的可视化展示等。因此该课题的设计与研究具有相对重要的现实意义与研究价值。
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK83;TP391.41
【图文】：

风力机,三维几何模型

图 3 1 UG 风力机三维几何模型有了风力机三维几何模型，我们就应该对其进行 CFD 分析计算求解来实力机气动特性数值模拟。由于 UG 软件的自身的局限性难以实现对风力机的特性数值模拟分析求解，因此，我们选择了 ANSYS-Workbench 中的 CFX模块进行风力机的单向流固耦合分析以此来实现风力机气动特性数值模拟算求解过程。.5.2 UG 与 ANSYS 软件数据接口的实现 UG 是一个能够实现交互功能的计算机辅助设计与计算机辅助制造CAD/CAM）软件系统，具有强大的三维实体造型功能，并具有丰富的数据展性来实现其与 FEM、CAE 等相关软件系统数据转换的功能[32]当我们选择用三维造型设计软件 UG 建立风力机三维几何模型后，就需要

IGES文件,软件,风力机

IGES （The Initial Graphics Exchange Specification，简称 IGES）是被定义基于计算机辅助设计与计算机辅助制造系统（ Computer-Aided Design(CAD)&Computer-Aided Manufacturing (CAM) systems）不同计算机系统之间的相互通用的 ANSI 信息交换标准，也可称作初始化图形交换规范[33]。我们可以应用 IGES 格式特性之后，读取来自不同平台的完整数据实现 CAD 或 CAM 系统之间数据相互交换的规范[34]。了解掌握了 IGES 文件结构的相关功能与构成，我们就可以应用 UG 软件导出风力机的三维几何造型，然后再导入到 ANSYS-Workbench 中进行风力机的三维几何重构，以达到我们进行风力机气动特性数值模拟的目的。如下图 3-2 所示UG 软件导出的 IGES 文件。

【参考文献】