风力机流固耦合建模:整机模拟

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作者：scidown 发布时间：2021-06-24 16:04:50 文章标题：

风力机流固耦合建模:整机模拟( Fluid-structure interaction modeling of wind turbines: Simulating the full machine )

文章作者：

MC Hsu Y Bazilevs NREL 5 MW offshore Wind turbine aerodynamics Fluid–structure interaction ALE-VMS method Rotor–tower interaction Full machine Sliding-interface formulation

文章简述：

在本文中，我们介绍了我们的空气动力学和流固耦合(FSI)计算技术，该技术能够在全尺寸和机舱和塔架存在的情况下对风力涡轮机进行动态、完全耦合的三维FSI模拟（即“全机”模拟）。对于风与柔性叶片的相互作用，我们采用非匹配界面离散化方法，其中气动力计算采用基于低阶有限元的ALE-VMS技术，而旋翼叶片建模为复合材料薄壳，采用基于NURBS的等几何分析(IGA)离散。我们发现，用这种方法耦合有限元和IGA使风力机FSI的计算过程具有很好的效率、精度和灵活性。旋翼和塔架之间的相互作用采用非重叠滑动界面方法，其中使用了空气动力学的动域和定域公式。在流体-结构和滑动界面处，运动学和牵引连续性被弱地加强，这是所提出的数值方法的一个关键组成部分。我们给出了一个三叶片5兆瓦风力发电机组的几个模拟，有和没有塔架。我们发现，在没有塔架的情况下，滑移界面的存在对转子气动载荷的预测没有影响。由此我们得出结论，弱的运动学执行和强的运动学执行一样准确，从而能够模拟转子-塔架相互作用（以及其他涉及相对运动的机械部件的应用）。我们还发现叶片通过塔架时产生的气动力矩下降（每个叶片）10-12%。我们认为这一发现对于风力机叶片的疲劳寿命分析和预测可能是重要的。

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