濃縮風(fēng)能裝置流場仿真與結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、濃縮風(fēng)能型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是使自然風(fēng)通過濃縮風(fēng)能裝置將稀薄的、非穩(wěn)定的風(fēng)能濃縮加速、整流和均勻化后驅(qū)動風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)發(fā)電的一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，它主要由濃縮風(fēng)能裝置、發(fā)電機(jī)、風(fēng)輪、尾翼、回轉(zhuǎn)體、塔架等部件組成。其中濃縮風(fēng)能裝置是該種機(jī)組的主要部件之一，它的結(jié)構(gòu)直接影響了機(jī)組輸出功率的大小。該裝置主要由三段組成，前段為收縮管，中段為中央圓筒，后段為擴(kuò)散管。低密度和高湍流度的流體通過裝置時，流體被加速、整流和均勻化后得到高品質(zhì)的流體，然后驅(qū)動風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)發(fā)電

2、，得到高質(zhì)量的電能。為了提高濃縮風(fēng)能裝置的濃縮效率，以濃縮風(fēng)能裝置為研究對象，應(yīng)用三維建模軟件和CFD軟件分別建立幾何模型與網(wǎng)格模型，應(yīng)用FLUENT進(jìn)行數(shù)值模擬，主要進(jìn)行了以下工作。
　　(1)驗證應(yīng)用于濃縮風(fēng)能裝置內(nèi)部流場數(shù)值模擬方法的可行性。對文獻(xiàn)中與濃縮風(fēng)能裝置有相似結(jié)構(gòu)的聚風(fēng)裝置建立幾何模型和網(wǎng)格模型，對其內(nèi)部流場進(jìn)行仿真分析，將數(shù)值模擬結(jié)果與它的實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明:數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗結(jié)果兩者有較好的吻合性，

3、由此驗證了研究中應(yīng)用的數(shù)值模擬方法具有可行性;
　　(2)研究不同的湍流模型對濃縮風(fēng)能裝置內(nèi)部流場特性的影響。對濃縮風(fēng)能裝置建立幾何模型和網(wǎng)格模型，采用相同的數(shù)值模擬方法，選擇Spalart-Allmaras模型、標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型、標(biāo)準(zhǔn)k-ω模型和雷諾應(yīng)力模型(RSM)這四種湍流模型進(jìn)行濃縮風(fēng)能裝置內(nèi)部的流場仿真分析。結(jié)果表明:標(biāo)準(zhǔn)k-ω模型更適用于濃縮風(fēng)能裝置內(nèi)部流場的數(shù)值模擬;
　　(3)研究濃縮風(fēng)能裝置結(jié)構(gòu)的不同幾何參數(shù)

4、對其內(nèi)部流場的影響。分別對不同的收縮角度、擴(kuò)散角度和中央圓筒長度的濃縮風(fēng)能裝置內(nèi)部流場進(jìn)行仿真分析。結(jié)果表明:擴(kuò)散角度的大小對內(nèi)部流場特性的影響最大，當(dāng)擴(kuò)散角度為80°且保持?jǐn)U散管長度為原設(shè)計值322mm時，內(nèi)部流場有最大的流速26.16m/s;
　　(4)研究不同的來流風(fēng)速對濃縮風(fēng)能裝置內(nèi)部流場的影響。在不同的來流風(fēng)速下，對一個有較好流場特性的濃縮風(fēng)能裝置模型進(jìn)行內(nèi)部流場特性仿真分析。結(jié)果表明，流場的最大流速與來流風(fēng)速的大小成線