聚焦波下漂浮式风机气动特性数值分析

该文基于计算流体力学方法,对极端海况聚焦波作用下的漂浮式风机运动响应与气动特性进行研究。首先,依托开源软件OpenFOAM与自研求解器FOWT-UALM-SJTU,实现了面向双参数PM波浪谱聚焦波的数值模拟,并与试验结果进行比较验证,吻合良好。随后,在两种不同聚焦幅值工况下,以OC3 Spar型漂浮式风机平台及NREL 5 WM风机作为研究对象,开展气动-水动-系泊一体化仿真计算,对聚焦波作用下的漂浮式风机运动响应和气动性能进行分析。结果表明:聚焦波将引起风机在纵摇运动与垂荡运动时产生剧烈响应,风机叶片展向的气动攻角在聚焦时刻显著降低,风机气动功率与气动推力难以在短时间内恢复;同时,聚焦波将导致尾流中心和边界出现波动,极端波浪条件将扩大风机尾流速度亏损范围,对下游风机产生不利影响。

波浪与反弧面直墙防波堤相互作用的砰击载荷数值预报研究

采用基于开源平台Open FOAM开发的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,对实尺度下波浪与反弧面直墙防波堤相互作用开展了数值研究。采用主动造波-消波方法生成不规则波,采用基于分段线性界面模型的几何流体体积法捕捉自由面。数值模拟时在距造波点不同位置处设置了波高测点,在防波堤表面布置了多个压力测点,并将各测点得到的波高及砰击压力时历数据与试验进行对比。研究表明,受入射波、反射波和空气涡流场的影响,靠近防波堤位置处的波面线将会形成两个明显的峰区。在砰击发生后,防波堤表面的砰击压力将随流体运动向顶部与底部转移,在圆弧段顶部产生高频压力振荡。同时发现防波堤顶端的反弧墙将上涌流体转化为水平射流,极大地改变了气相涡量场结构,能缓解溢流问题。

仿鸮前缘突节风机叶片气动流场的数值模拟

随着现代社会的飞速发展,传统化石能源已无法满足人们日益增长的能源和环保需求。近年来,风电产业发展迅速,然而受叶片几何尺度限制以及运行中的偏航和剪切风等因素的影响,风机发电功率受到一定限制。该文以NACA2412翼型为研究对象,参考鸮翼前缘做变形处理,基于开源软件OpenFOAM,使用RANS与LES湍流模型分析低雷诺数下,非光滑前缘突节对风机叶片气动性能的影响。数值模拟结果表明:在大攻角下,前缘突节能够改变流向分布规律,减小吸力面的失速,有效缓解由于失速带来的有效功率突降。并同时与原型翼型数据进行对比,发现非光滑前缘突节在一定程度可改善叶片的气动性能,有利于叶片气动功率的提高和提高风机的发电功率。