本案例利用Fluent中的嵌套滑移网格计算垂直轴风力机流场。

1 问题描述

考虑如图所示的垂直轴风力机（VAWT），其旋转直径12 cm，安装有3个等距叶片，每个叶片弦长为2 cm，正常工作时叶片公转旋转速度为4 rad/s，自转速度2 rad/s，空气流速10 m/s。

注意：本案例假设VAWT以均匀速度旋转，实际上真实情况并非如此。在实际工程中，风力机叶片转动是由于空气流动而引起，且旋转速度并非均匀。如果要计算风力机叶片受空气流动而旋转的话，需要利用到动网格及6DOF模型，本案例并不涉及此内容。

2 Fluent设置

• 以2D、Double Precision模式启动Fluent
• 导入计算网格vawt.msh

2.1 General设置

• 激活选项Transient启用瞬态计算

2.2 创建interface

案例网格中包含了5个区域，且区域之间的网格节点并不对应，因此需要创建interface。

• 修改blade_bot_in、blade_bot_outer、blade_right_in、blade_right_outer、blade_top_in、blade_top_outer、hub_inner、hub_outer的类型为interface

修改完毕后边界列表如图所示。

• 选择模型树节点Interface下的所有子节点，点击鼠标右键，选择弹出菜单项Mesh Interfaces → Auto Create自动创建交界面

创建完毕后自动弹出交界面创建结果，如下图所示。

注意：确保选择的配对边界无误。

2.3 Models设置

选择Realizable k-epsilon湍流模型。

• 右键选择模型树节点Models > Viscous，点击弹出菜单项Model → Realizable k-epsilon启用湍流模型

2.4 解释UDF

案例利用UDF指定区域的旋转速度及转动中心。

• 右键选择模型树节点User Defined Functions，点击弹出菜单项Interpreted…打开解释对话框

• 添加UDF源文件embed.c，点击按钮Interpret解释UDF

2.5 Cell Zone Conditions

计算域中包含有5个子区域，需要为每个区域指定属性。

1、fluid-surface-body区域

该区域为最外围区域，静止区域，介质为air，采用默认参数即可。

2、inner区域

• 右键选择模型树节点Cell Zone Conditions > inner，点击弹出菜单项Edit...，打开设置对话框

• 弹出的菜单项中设置Material Name为air
• 激活选项Mesh Motion
• 设置Relative to Cell Zone为absolute
• 设置Speed为4 rad/s
• 点击OK按钮关闭对话框

3、blade_top区域

• 打开blade_top区域设置对话框
• 激活选项Frame Motion，设置Relative To Cell Zone为inner

• 相同的方式设置区域blade_bot，按下表中的参数

• 设置区域blade_right

2.6 Boundary Conditions

1、farfield1设置

• 右键选择模型树节点Boundary Conditions > farfield1，点击弹出菜单项Type → velocity-inlet，弹出参数设置对话框
• 设置Velocity Specification Method为Components
• 设置X-Velocity为10 m/s
• 设置Specification Method为Intensity and Length Scale
• 设置Turbulence Intensity (%) 为 5 ，设置Turbulent Length Scale (m) 为 1
• 点击OK按钮关闭对话框

2、farfield2设置

• 右键选择模型树节点Boundary Conditions > farfield2，点击弹出菜单项Type → pressure-outlet，弹出参数设置对话框
• 设置Specification Method为Intensity and Length Scale
• 设置Turbulence Intensity (%) 为 5 ，设置Turbulent Length Scale (m) 为 1
• 点击OK按钮关闭对话框

2.7 Methods

• 双击模型树节点Methods，右侧面板中设置Scheme选项为Coupled
• 激活选项Warped-Face Gradient Correction及High Order Term Relaxation

2.8 Initialization

• 右键选择模型树节点Initialization，点击菜单项Initialize进行初始化

2.9 录制动画

• 如下图所示设置动画录制

2.10 Run Calculation

• 鼠标双击模型树节点Run Calculation，右侧面板中设置Number of Iterations为1000
• 点击按钮Calculate进行计算

3 计算后处理

• 动画监测结果

其他后处理过程与常规瞬态计算相同，此处不再赘述。

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提取码：n5sz

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