向高人请教：CFX做风力发电叶片流固耦合可行性分析及实现方法探寻

panxu09 · 发表于 2009-12-17 16:19:22

之前在论坛发过几个帖子讨论流固耦合的方法，迟迟未得到解决，现在再发一个，希望各位老师看到后不吝指教！个人觉得这也是一个比较前沿的学术问题，希望能得到集体的智慧，共同攻克！谢谢！下面是对问题的具体描述：

要模拟的问题：水平轴三叶片升力式风力发电机叶片基于Ansys 12.0 Workbench+CFX的双向流固耦合分析

希望能够实现的模拟：

1：最优——未知风轮转速情况下给定风速风压等进出口边界条件，模拟风机从静止启动到达转速稳定的流固耦合分析，不使用旋转域。

我在论坛上看过一篇帖子—WorkBench流体CFD简易风力发电机叶轮仿真全过程（链接http://forum.simwe.com/thread-849678-1-6.html），版主hjli6说风叶叶片狭长，数目较少，不可能带动周围的空气一起旋转。版主hjli6原话：先选分析类型STEADY,DOMAIN MOTION为ROTATING,旋转方向按右手定则取 -60RPM，我把整个DOMAIN设成旋转的，是考虑做瞬态时叶片可转起来。正确的设置是流域为固定的,叶片为ROTATING WALL,风力机只有3个叶片是不可能带着空气一起转的。看过帖子的都知道hjli6只用了一个流体域，那么如果按照“正确的设置”来做的话，叶轮的转动必然会改变流体网格的形状，严重的会出现负网格，那还怎么计算下去呢？不知各位老师的理解是怎么样的？

2：优——未知风轮转速情况下给定风速风压等进出口边界条件，模拟风机从静止启动到达转速稳定的流固耦合分析。可使用旋转域。

英雄版主kiddosuper的帖子—[分析练习题-4]风杯风速计的转速? +2分（链接http://forum.simwe.com/thread-786651-1-1.html）给出了在CFX中风杯（跟风轮类似）从静止启动的模拟，很有启发性，有旋转域但非流固耦合。在此向kiddosuper致敬！

3：良——未知风轮转速情况下计算出非流固耦合下风轮转速，再以计算出的转速模拟在特定稳定转速下的流固耦合。

3：差——其它

之前看过一个流固耦合图片，非常非常漂亮！但不是用CFX做出来的，贴给大家看看，有人应该看过：基于Adina的风叶流固耦合，图片是GIF格式，比较大，压缩一下：

我的模型图片及几何模型文件：我建的模型里面有旋转域，能不用旋转域可以删掉

panxu09 · 发表于 2009-12-18 15:03:30

怎么没有回音啊论坛的高手们！大师们！来谈谈这个问题吧！各抒己见！畅所欲言！

fireghostw · 发表于 2009-12-20 14:04:09

ＣＦＸ能做到从静止到旋转的过程吗　或者说能根据风压的增大使风机旋转？
若能就太好了　
观望中

水若无痕 · 发表于 2009-12-20 18:01:45

期待高手来回答。

chenzhaolin · 发表于 2009-12-21 18:53:08

我也想知道，也在摸索CFX 旋转之类的模拟

eddyjames · 发表于 2009-12-21 21:44:32

你确定1是最优的么？我还是怀疑1的壁面运动方法是否正确。
按照欧拉法的视角来看，叶轮部分整个流场都被搅动了，而不是只有壁面摩擦造成的局部气流扰动。

壁面给定速度的边界方法，最多见之于运动平板方腔流。在旋转机械里还真是没见过用1的壁面运动方法

eddyjames · 发表于 2009-12-21 21:45:09

2的方法是怎么样的。没有阅读权限，看不了。

panxu09 · 发表于 2009-12-22 10:59:16

我的链接有K版的风杯就是一个例子，不过那不是流固耦合，要给定旋转体的转动惯量，还有转动角速度（变量），可以模拟启动现象 3# fireghostw

panxu09 · 发表于 2009-12-22 11:09:39

A：你说的壁面运动方法是黑体字的部分吧，那个是hjli6的观点，他认为风叶很狭长，要用旋转域不太合适，应该使用一个静止域，风叶在里面转动，但是他在黑体字部分的描述是对他那个帖子“WorkBench流体CFD简易风力发电机叶轮仿真全过程”的做法的描述，他的帖子里是用单个个流体域，但给定域旋转速度的。

B：
2：优——未知风轮转速情况下给定风速风压等进出口边界条件，模拟风机从静止启动到达转速稳定的流固耦合分析。可使用旋转域。

英雄版主kiddosuper的帖子—[分析练习题-4]风杯风速计的转速? +2分（链接http://forum.simwe.com/thread-786651-1-1.html）给出了在CFX中风杯（跟风轮类似）从静止启动的模拟，很有启发性，有旋转域但非流固耦合。在此向kiddosuper致敬！

3：良——未知风轮转速情况下计算出非流固耦合下风轮转速，再以计算出的转速模拟在特定稳定转速下的流固耦合。

3：差——其它

C：请问您认为最优的是什么样的一个模型？期待回复！谢谢
6# eddyjames

xiangnidj0910 · 发表于 2009-12-22 13:50:56

楼主说的三种很有想法，我也此想法，但是操作起来有点难。
第一种：我猜目前是无法做出来的，不使用旋转域的话网格变形这块就无法实现，网格变形角度不可能达到180。
第二种：我觉得可行。可以通过CFX的Fortran接口来编写结构求解方程。至于CFX+AWB有点难（一直想试一试是否可行，不知AWB里面如何设定旋速度）

楼主是否试过？

panxu09 · 发表于 2009-12-22 16:40:56

我正在试啊呵呵，就是还没成功。你说的目前做不出来有什么好的依据吗？动网格不知能不能解决这个网格变形的问题。加旋转域如果不符合实际，算的再好也没有用啊，第一种虽然难，但觉得还是必须要走的路，个人意见。 10# xiangnidj0910

sunnygu · 发表于 2009-12-22 18:00:27

workbench+ICEM我做的，好像可以。

panxu09 · 发表于 2009-12-22 20:39:00

老师，能不能把你做的发给我看看啊，我是个菜鸟，到现在风车还没转起来！万分感谢！我的邮箱[email=panxu2009@yahoo.com.cn QQ：415910699panxu2009@yahoo.com.cn QQ：415910699[b[/email]] 12# sunnygu

xiangnidj0910 · 发表于 2009-12-23 08:23:14

12# sunnygu
能否讲解一下思路方法？

sunnygu · 发表于 2009-12-25 19:49:31

本帖最后由 sunnygu 于 2009-12-25 20:22 编辑

The immersed solids method is an additional FSI option in ANSYS CFX that allows simulation of unlimited motion of solid objects through fluid regions, as it avoids any mesh deformation or re-meshing. As an immersed solid passes through a fluid, the region of overlap is determined and the fluid solution is adjusted to reflect the presence of the solid by applying appropriate source terms. The solid motion can be defined by the user, with complete flexibility, or it can be an implicit result from the rigid body solver within ANSYS CFX.

Immersed Solid
Immersed Solid domains can be used in transient simulations to model rigid solid objects that move through fluid domains; for details, see Domain Motion (p. 83) and Immersed Solids (p. 11) in ANSYS CFX-Solver Modeling Guide

The immersed solid is represented as a source term in the fluid equations that drives the fluid velocity to match the solid velocity. The size of the source term is controlled by the Momentum Source Scaling Factor setting, which can be set globally (in the global Solver Control settings) or for individual immersed solids (on the immersed solid domain Solver Control tab). The default value of 10 is acceptable most of the time. If robustness problems are encountered, the scaling factor may be decreased (for example by a factor of 2), but at the expense of accuracy; the difference between the fluid velocity and the specified solid velocity will generally increase, even if only by a small amount

我把模型给了楼主。好像不是他要的。

我这几天看immersed solid可以不。
http://forum.simwe.com/thread-912708-1-1.html
Modeling a Gear Pump using an Immersed Solid

而且，有一个introduction里面讲wind turbine模拟，你可以搜索看看。
http://forum.simwe.com/thread-905116-1-3.html

panxu09 · 发表于 2009-12-26 11:18:49

http://forum.simwe.com/viewthread.php?tid=912846&extra=
这个例子用的就是immersed solid方法，可以借鉴一下，当然了，仍然不是流固耦合 15# sunnygu

水若无痕 · 发表于 2009-12-28 08:59:24

http://forum.simwe.com/thread-912994-1-1.html

论坛里已经有人实现了双向耦合，用nx nastran，去和他讨论吧。

panxu09 · 发表于 2009-12-28 12:56:26

很好，谢谢斑竹！ 17# 水若无痕

panxu09 · 发表于 2009-12-28 13:29:43

刚才看了斑竹推荐的帖子，帖子里做的是单向流固耦合，个人认为风轮做单向流固耦合与双向相差还是很大的，还是谢谢斑竹！ 17# 水若无痕

fireghostw · 发表于 2010-1-3 09:53:10

楼主我阅读权限不够看不到风杯那个例子
能给我传一份吗？
e-mail：wwwwangch@sina.com

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