H型垂直軸自由變偏角水輪機

2016-10-07  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

  在可再生能源利用裝置上,H型垂直軸自由變偏角水輪機最近幾年在國內(nèi)發(fā)展算比較快了,相關理論在很多文獻中都有介紹。這里研究一種升力型的水輪機,其結構形式如下:

使用CFX對其進行仿真,和試驗的結果對比并給結構設計提供基礎。

垂直軸自由變偏角葉輪的葉片可以繞自身小軸擺動,與主動式的葉輪不同,葉片擺角的變化規(guī)律是不確定的,葉片自身的運動比較復雜。其擺角變化是未知的,CFD計算要求從理論上解決擺角的控制問題。變偏角葉輪的葉片在運動過程中,根據(jù)達朗伯原理除了受到流體的作用力外,還受到由于葉片自身旋轉和加速運動(非定常運動)所產(chǎn)生的流體慣性力。這兩種力(矩)形式上構成平行力系。最終推導出來的葉片繞自身轉軸的轉動角加速度與其受到的水動力之間的關系:

CFX的模擬方法:

瞬態(tài)分析,控制葉輪沒一時間步長轉動3度,同時使用rotating網(wǎng)格+動網(wǎng)格:

使用subdomain+局部坐標的方法來定義葉片的公轉和自傳問題:

其實使用user fortran來計算葉片的角加速度會更好一些,這里直接使用CEl來控制,expressions有點多:

 

計算結果:

葉片的擺角變化:

單個葉片來流方向和與來流垂直方向上的受力如下(注意CFX中葉片的寬度只有0.01m):

整個葉輪受到的力矩變化:

6葉葉輪在水速1.2m時,CFX結果與實驗結果的對比如下。整個曲線的走向大致相同,CFX在速比較高時計算出來的結果比試驗的總是要高,并且葉輪的密實度越小,這種誤差越大。

 

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