Fluent实用案例 | 6DOF垂直轴风力机被动旋转仿真 原创

垂直轴立风机是一种新型风力发电机，其特点是风轮轴线与风向垂直，与传统的水平轴风力发电机相比，具有结构简单、启动风速低、噪音小、适用于复杂风场等优点。本案例利用Fluent中的6DOF模型与滑移网格，对垂直轴风力机被动旋转展开了相关仿真计算，本案例仅进行了简单的教学演示，依据该案例的设置方法，后续可以对不同的垂直轴风力机展开更为精准复杂的仿真计算。

1 workbench 设置

本案例具体设置如下图，其中红色框内的模块用来进行网格划分，黑色框内的模块进行仿真计算，蓝色框内的模块进行模型属性求解 ：

2 几何设置

2.1 导入几何

本案例的模型十分简单，分为旋转域与静止域，叶片采用NACA0012型翼型，长0.4m，高3m，三片叶轮。具体尺寸参数如下图所示：

静止域尺寸如下所示，长25吗，宽10m，高4m。

2.2 几何属性求解

首先将风力机模型导入DM，进行初步处理，将壁面设置为8mm进行抽壳。抽壳后模型如下图所示：

在DM中进行属性求解，可以得到对应的质量和转动惯量。

3 Fluent Meshing 设置

3.1 网格设置

采用 Fluent meshing 进行网格划分，采用六面体网格划分。具体的网格划分如下图所示：

4 FLUENT 设置

4.1 General设置与网格导入

导入网格的方式和前几篇RBM求解的方式相同，先导入旋转域网格，再通过附加cas的方法导入静止域网格，有不了解的可以阅读 Fluent旋转机械瞬态计算（一） 中的4.1部分。然后勾选为瞬态计算，并选择压力基求解器。

4.2 材料设置

此处选择air进行计算，相关设置如下如所示：

4.3 湍流模型设置

此处对湍流模型展开设置，选择kw sst模型，相关设置如下如所示：

4.4 动网格+6DOF 设置

此处打开动网格模型，勾选层铺域6自由度，相关设置如下图所示：

对6自由度属性进行设置，首先命名为flj，依据求解的模型属性，将质量与转动惯量输入，勾选一个DOF旋转，选择z轴为旋转轴，具体的设置如下图所示：

将所有的叶片与垂直轴进行动网格设置，具体的设置如下图所示：

对旋转域内部的流体域进行动网格设置，与壁面的设置不同，此处要勾选6自由度随动，主要设置如下图所示：

4.5 边界条件设置

此处仅需要对入口条件进行设置，设置入口速为10m/s，模拟10m/s的来风，具体设置如下图：

4.6 初始化设置

首先进行标准初始化设置，具体设置如下图：

4.7 计算设置

此处进行的计算设置如下：

5 后处理结果

5.1 后处理云图结果

对垂直轴风力机的计算结果进行可视化处理，叶轮附近的流线结果如下图所示：

截面速度云图动画结果如下图所示：

截面压力云图动画结果如下图所示： 叶轮附近迹线动画结果如下图所示：