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使用 POINTWISE 和 CAESES 进行垂直轴风力发电机的网格划分和优化

 

       FRIENDSHIP SYSTEMS 与美国公司 Pointwise 合作研究了垂直轴风力涡轮机 (VAWT) 的空气动力学行为。下面给出了这项工作的摘要。

 

使用 Pointwise 进行网格划分

       第一阶段，FRIENDSHIP SYSTEMS 成功演示了如何使用 Pointwise 自动生成网格、将 Pointwise 集成到 CAESES 中，以及使用这两个工具（以及其他工具）在 2D 中优化 VAWT 。

       2D 几何体的网格是使用 Pointwise 创建的。该软件允许您生成高质量的网格，并且能够在 Glyph 脚本的帮助下以批处理模式运行。对于初学者来说，脚本的创建很容易，因为可以在设置过程中录制脚本。对于更有经验的用户，可以直接编写脚本，以获得更紧凑、更健壮的脚本。

使用 OpenFOAM 进行 CFD

       CFD计算是使用开源工具OpenFOAM 2.2.0完成的。旋转区域中的滑动网格方法的计算是瞬态的。由于翼型处的湍流和分离效应，选择了 k-omega SST 湍流模型。该模型结合了对翼型附近以及远场中的流体效应的良好描述。求解器是 pimpleDyMFoam，固定时间步长为 0.0001 秒。该接口属于 circyAMI 类型。

       在计算过程中记录力和扭矩，以便在模拟后提取扭矩。两次 VAWT 旋转的模拟大约花费了 2 小时 15 分钟。显示压力和速度的典型流场图像。

 

使用 CAESES 进行优化

       CAESES 能够使用 Pointwise 和 OpenFOAM 的脚本来运行自动变化和优化研究。因此，使用了两个“软件连接器”（不要与 Pointwise 的连接器混淆），每个程序一个。第一个软件连接器导出 IGES 几何文件并运行 Pointwise 脚本。结果文件是 OpenFOAM 导出的 Polymesh 文件。然后，这些文件会链接到 OpenFOAM 的第二个软件连接器。

       优化时的风速为10 m/s，叶尖速比为0.5，半径为0.6 m。选择以下设计变量：桨距角、外倾角、外倾角位置、厚度、弦长。最佳设计的 COP（性能系数）为 26%。本研究使用了著名的NSGA2算法。

结论和更多信息

该研究创建了 VAWT 优化过程的原型，以 CAESES 为中心，并使用商业网格生成器 Pointwise 以及开源软件 OpenFOAM。下一步是将分析和优化扩展到 3D。