基于ANSYS軟件的多個(gè)偏航角度下的葉片氣動(dòng)特性模擬分析目錄TOC\o"1-3"\h\u10300基于ANSYS軟件的多個(gè)偏航角度下的葉片氣動(dòng)特性模擬分析 1300661.1ANSYS軟件介紹 1164291.2模擬參數(shù) 1172421.3模型的建立 1246851.4劃分網(wǎng)格 3254261.5Fluent仿真 51.1ANSYS軟件介紹ANSYS軟件包括很多有限元軟件，可以應(yīng)用于航空航天、建筑、電子產(chǎn)品等工業(yè)領(lǐng)域。ANSYS軟件結(jié)合了多種分析于一體。本次課題使用的是ANSYSWorkbench，ANSYSWorkbench是ANSYS軟件的另一個(gè)版本，Workbench是由許多的應(yīng)用模塊構(gòu)成的，軟件提供了一個(gè)非常良好的交互體驗(yàn)，軟件中各種應(yīng)用模板能夠很好的搭配使用，非常方便簡(jiǎn)潔。1.2模擬參數(shù)1.偏航角度為θ=0°（即軸流工況）、15°、30°；2.遠(yuǎn)方來(lái)流的風(fēng)速v=5、7m/s；1.其它參數(shù)為標(biāo)態(tài)下參數(shù)，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速為72rpm；4.建模時(shí)可忽略塔架和電機(jī)。1.3模型的建立建模使用的是ANSYSWorkbench里面的Geometry，首先根據(jù)翼型的數(shù)據(jù)畫(huà)出NRELPhaseVI的翼型，先將葉片沿著展向劃分成相同距離的葉素，再根據(jù)葉片設(shè)計(jì)理論選擇所需要的NRELPhaseVI翼型上下曲線的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)（（）），再以該翼型的氣動(dòng)中心為原點(diǎn)，以它的前緣端點(diǎn)以及后緣尖點(diǎn)的連線為x軸，可以得到翼型在坐標(biāo)下的坐標(biāo)點(diǎn)為，其中的c為弦長(zhǎng)。之后再利用Excel軟件的公式編輯計(jì)算，根據(jù)該翼型的二維坐標(biāo)計(jì)算出其三維的坐標(biāo)值，運(yùn)用公式其中的為翼型的安裝角，來(lái)算出三維的坐標(biāo)，并將算出來(lái)的坐標(biāo)導(dǎo)入到txt文本文檔中，通過(guò)3D曲線將####葉素截面導(dǎo)入到Geometry中，畫(huà)出曲線圖，再用網(wǎng)格畫(huà)出這個(gè)翼型的實(shí)體模型，為防止上下曲面相連扭曲，依此選擇截面的上下部分依此相連，就得到了翼型的實(shí)體模型。圖1.2葉片截面翼型曲線圖1.2葉片三維模型之后畫(huà)出其計(jì)算域，分別畫(huà)出計(jì)算域的靜止域和旋轉(zhuǎn)域兩部分，以ZX為基準(zhǔn)面，同時(shí)為了便于尾渦捕捉，畫(huà)出直徑為1.1m的圓柱作為旋轉(zhuǎn)域，將風(fēng)輪覆蓋在旋轉(zhuǎn)域中，并且旋轉(zhuǎn)域旋轉(zhuǎn)的中心是以風(fēng)輪的輪轂中心為旋轉(zhuǎn)中心，風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)是以72rpm為速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，靜止域是一個(gè)長(zhǎng)150m，寬60m，高60m的長(zhǎng)方體，以Y軸兩端設(shè)置進(jìn)口以及出口，風(fēng)輪距離出口120m，入口距離為30m。由于靜止域過(guò)大會(huì)導(dǎo)致生成的網(wǎng)格過(guò)大，所以在靜止域中又以ZX基準(zhǔn)面畫(huà)了一個(gè)長(zhǎng)50m，寬30m，高30m的長(zhǎng)方體作為加密域。風(fēng)輪距離加密域入口方向?yàn)?0m，出口方向?yàn)?0m。并將靜止域、加密域、旋轉(zhuǎn)域以及風(fēng)輪依此進(jìn)行Boolean運(yùn)算。圖1.3模型的計(jì)算域1.4劃分網(wǎng)格Ansys軟件中Mesh可以通過(guò)改變參數(shù)設(shè)置來(lái)進(jìn)行模型的修改和改變網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)，其自動(dòng)化的程度非常高，只需要輸入要修改的參數(shù)，就可以達(dá)到網(wǎng)格的自動(dòng)劃分。將從Geometry中的建立好的模型傳入到Mesh中，選用Mesh網(wǎng)格自動(dòng)生成器自動(dòng)生成網(wǎng)格。在網(wǎng)格的選擇上，雖然四面體網(wǎng)格的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)和控制體數(shù)在數(shù)量上比六面體網(wǎng)格更多了，導(dǎo)致計(jì)算時(shí)需要的時(shí)間較長(zhǎng)，但是四面體網(wǎng)格更適合用在造型比較復(fù)雜的模型上。所以我們用到的是四面體網(wǎng)格，需要先把三個(gè)幾何體補(bǔ)丁適形法的方法都改成四面體，防止生成網(wǎng)格時(shí)產(chǎn)生六面體網(wǎng)格。如圖1.4所示。圖1.4補(bǔ)丁適形法設(shè)置之后需要調(diào)整計(jì)算域的單元尺寸，分別把靜止域、加密域和旋轉(zhuǎn)域的單元尺寸改為4.0m、2.0m和0.3m，并將風(fēng)輪面尺寸的單元尺寸修改為0.04m。為了后續(xù)的仿真數(shù)據(jù)更加的真實(shí)，在旋轉(zhuǎn)域和風(fēng)輪間設(shè)置膨脹層，旋轉(zhuǎn)域邊界選擇風(fēng)輪，膨脹選項(xiàng)改為第一層的厚度，第一層高度定為0.0001m，最大層數(shù)為20，膨脹算法采用Pre算法。為了方便后續(xù)Fluent的使用，分別命名計(jì)算域進(jìn)、出口面，并將其他四面命名為wall，再將加密域、旋轉(zhuǎn)域以及風(fēng)輪的兩個(gè)葉片分別命名，以便在Fluent中查找。將所需的參數(shù)設(shè)置完成之后，Meshing生成可以進(jìn)行自動(dòng)劃分出網(wǎng)格，生成的網(wǎng)格如圖1.5所示。圖1.5流場(chǎng)網(wǎng)格圖1.6葉片內(nèi)流場(chǎng)網(wǎng)格1.5Fluent仿真Mesh生成網(wǎng)格之后導(dǎo)入Fluent中進(jìn)行穩(wěn)態(tài)計(jì)算，首先需要檢查網(wǎng)格的質(zhì)量，看是否出現(xiàn)負(fù)體積等等問(wèn)題，因?yàn)樵贛esh中自動(dòng)生成網(wǎng)格之后，只是給邊界條件定義了名稱(chēng)，并沒(méi)有進(jìn)行具體的設(shè)置，所以在檢查網(wǎng)格的時(shí)候只是檢查網(wǎng)格的畸變程度。選擇計(jì)算流體力學(xué)的模型的時(shí)候，在通過(guò)查閱資料和參考文獻(xiàn)之后，決定選用MenterFR[***]提出的湍流模型K-OmegaSST模型，將旋轉(zhuǎn)域設(shè)置為參考系運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)軸原點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)。選用Y軸作為風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)速度為72rpm。邊界條件設(shè)置中進(jìn)口速度依此設(shè)為5、7m/s,出口處用默認(rèn)的壓力出口。將計(jì)算域四個(gè)面sys選用wall類(lèi)型。解決方案中選用Simple作為壓力速度耦合，選用了Least