Скрипты рекламных сайтов / Виртуальная аэродинамическая труба flowvision скачать бесплатно

Применение FlowVision 3.09 для моделирования течения в ветроэнергетической установке, испытанной в NREL

    Валентин Внуков 1 лет назад Просмотров:

1 Решение задач турбомашиностроения с помощью FlowVision Применение FlowVision 3.9 для моделирования течения в ветроэнергетической установке, испытанной в NREL П.М. Бывальцев, К.В. Кузнецов, И.В. Москалев, В.И. Похилко ООО "ТЕСИС", Москва Cloud Yu, Samwells Testing Inc. Тайвань

2 Команда испытателей в NREL и экспериментальное оборудование NREL - National Renewable Energy Laboratory, NASA Ames Research Center. * Нестационарные испытания вэтроэнергетической установки (ВЭУ, ветровая турбина) проводились в гигантской прямоугольной аэродинамический трубе: высота м, ширина м. * Была создана научная группа советников из аэродинамиков и экспертов по моделированию ВЭУ по всему миру, чтобы определить условия испытаний и максимизировать отдачу от испытаний. * Параллельно испытаниям велось слепое тестирование расчетных программ. (*) (*) Simms D. Schreck S. Hand M. Fingersh L.J. NREL Unsteady Aerodynamics Experiment in the NASA-Ames Wind Tunnel: A Comparison of Predictions to Measurements. Technical Report, June 21 Слайд 2

3 Основные параметры ВЭУ Число лопастей: 2 Диаметр ротора: 1.58 м Высота подъема установки: m Скорость вращения: об/мин Скорость ветра: от 6 м/с, в некоторых тестах - от 5 м/с Регулирование мощности: срыв Номинальная мощность: 19.8 квт Ориентация ротора: против ветра Направление вращения: против часовой стрелки (если смотреть по направлению ветра) Слайд 3

4 Геометрия ротора Ротор турбины, угол конусности (размеры в метрах) Геометрия Сечения лопасти в плане: профиль NREL S89, масштабированный и повернутый Длина участка от центра вращения до начала переходного участка:.883 m Угол установки профиля на конце : 3 (испытания серии S ) Слайд 4 Изображение прикорневых поверхностей (размеры в метрах)

5 Описание испытаний Матрица серий испытаний была составлена для проведения исследований в 2-х направлениях. Одно направление связано с имитацией работы установки, другое со сбором информации для изучением специфических явлений. В таблице они нанесены с пометками (F) и (P), соответственно Слайд 5

6 Описание испытаний Матрица серий испытаний была составлена для проведения исследований в 2-х направлениях. Одно направление связано с имитацией работы установки, другое со сбором информации для изучением специфических явлений. В таблице они нанесены с пометками (F) и (P), соответственно Слайд 6

7 Описание серии испытаний S Эта серия проведена при условиях: направление против ветра, ротор без покачиваний и с углом конусности. Скорость ветра - от 5 м/с до 25 м/с. Угол рыскания - от до 18. Угол установки профиля на конце - 3 Слайд 7

8 Экспериментальные данные NREL 18 NREL Phase VI Rotor - (sequence, S) 16 Low speed shaft Torque (N-m) NREL Experiment (Yaw angle= deg.) Wind Speed (m/s) *Turbulent intensity is computed by Turb Intensity (I)= u I 1% U Where: u U = Stadnd. Dev. For Wind speed = mean value of Wind speed

Stand. Dev= Standard deviation Слайд 8

9 Измерения параметров в испытаниях Измеряются полное и статическое давление и температура на входе в трубу, полное и статическое давление в области испытаний, а затем рассчитываются полное давление, скорость ветра, плотность и температуру воздуха в каждом испытании (например, для серии S5

S25) Молярный вес сухого воздухаr M = кг/моль *Descritpion: s5xxxxxx, S: test sequence, 5= wind speed, XXXXXXX is the definition for Yaw condition. All of the Yaw angle equal to deg for present cases, Слайд 9

10 Полноразмерная геометрия ротора для моделирования Виртуальная конструкция втулки и гондолы Направление вращения Профиль S89 Blade of Rotor Угол установки:3 deg. Поток воздуха Лопасти ротора Слайд 1

11 Расчетная область (половина цилиндра) 12.2 m t φ 6 R 6 R t_av 18.3 m R=5.29 m Влиянием соседних установок (загромождение стоек и взаимодействие следов) пренебрегаем, а рассматриваем только обтекание одной установки в соответствии с экспериментом 3.29 R Замена прямоугольной аэродинамической трубы цилиндром / 2 t( ) d t _ av 3. 29R / 2 Для сравнения: t _ square av 3. 35R Слайд 11

12 Сборка половины ротора Встраивается как подвижное тело На плоскости симметрии выделяется как отдельная поверхность Слайд 12

13 Постановка задачи: уравнения и допущения Уравнения Навье-Стокса для течений несжимаемого воздуха; k-ε AKN модель турбулентности для низких чисел Рейнольдса (Abe, K. Kondoh, T. Nagano, Y. (1995)); на входе задаем малое значение вихревой вязкости; Стенки ротора адиабатические (лопасть и гондола); Вся расчетная область вращается вместе с ротором; Высокопроизводительные параллельные вычисления на основе MPI технологии Слайд 13

14 Граничные условия Вход: - n направление скорости - ρv однородный поток массы - ρ -плотность, µ -вязкость - Tu,L интенсивность, масштаб турбулентности n 2 Выход: - p=const статическое давление - n κ / r=, n ε / r= 3 Боковая поверхность: проскальзывание - V n= (n normal) - n κ / r=, n ε / r= Плоскость симметрии: - Вращательная периодичность (φ1=φ2) 5 Лопасть ротора и гондола: стенка: - Условия прилипания (пристеночные функции) - условия для κ и ε для пристеночных функций Слайд 14

15 Cell dimensions(size) Моделирование Решение задач ВЭУ турбомашиностроения NREL с использованием с помощью FlowVision 3.9 Построение сетки: начальная сетка В общем, построение сетки состоит из двух шагов: Шаг 1 построение начальной сетки (в препроцессоре); Шаг 2 дальнейшее измельчение сетки (в процессе вычислений) Node distribution along Z-axis Начальная сетка генерируется встроенным сеткопостроителем Слайд 15 Начальная сетка (вид снизу)

16 Построение сетки: дальнейшее измельчение Дальнейшее измельчение ( адаптация сетки ): Адаптация на граничных поверхностях Особенности процесса при адаптации: - Автоматическое измельчение (управление одними параметрами); - Измельчение может быть выполнено пошагово (постепенно) в процессе вычислений Сгущение узлов у конца лопасти Окончательная сетка: - 2 ой уровень адаптации на гондоле - 3 ий уровень адаптации на лопасти Слайд 16

17 Качество сетки: результаты на сетках с различным количеством ячеек на уровнях адаптации сетки Плоскость сечения (63% of Rmax) Сечение сетки: уровень: Сечение сетки: уровень: ячейки : ячейки : Различие в уровнях вращающего момента на этих сетках при Vin=13м/с составил ΔMz=3%. В дальнейших расчетах была использована сетка с меньшим числом ячеек Слайд 17

18 Качество сетки: значения Y+ Сторона Сторона Размер сетки: разрежения давления (1)^6 ячеек Y+ на поверхности ротора при Vin=13 м/с Y Y+_av Vin [m/s] Y+_av Средние значения Y+ на лопасти (пристеночные функции: приближение FlowVision ) Слайд 18

19 Результаты: динамика линии отрыва на спинке Линия отрыва постепенно смещается вверх по потоку с увеличением скорости набегающего потока Vin: [m/s] Распределение напряжения сдвига на стороне разрежения (максимум ограничен 1, чтобы выделить линию отрыва) Сторона разрежения Слайд 19

20 Результаты: динамика линии торможения потока на корытце Линия торможения смещается вследствие увеличения угла атаки Vin: [m/s] Распределение напряжения сдвига на стороне давления Сторона давления Слайд 2

21 Результаты: Возникновение и развитие отрывного пузыря на спинке с увеличением скорости ветра Мгновенные распределения относительной скорости в плоскости сечения лопасти (63%Rmax) 5m/s 7m/s 9m/s 1m/s 11m/s 13m/s 15m/s 17m/s 2m/s 25m/s Плоскость сечения (63% of Rmax) Слайд 21

22 Cp 1 -Cp x/chord Моделирование Решение задач ВЭУ турбомашиностроения NREL с использованием с помощью FlowVision 3.9 Результаты: коэффициент давления в 5 сечениях лопасти для Vin=7м/с,13 м/с r/r=.3 r/r=.47 r/r=.63 r/r=.8 r/r=.95 Cp- 2(P-Pin) ρwin^2.5 1 x/chord Cp.5 1 -Cp x/chord.5 1 x/chord Cp 1 -Cp x/chord.5 1 x/chord Cp -Cp 1 x/chord.5 1 x/chord Cp.5 1 -Cp x/chord.5 1 x/chord -Cp_FV -Cp_EXP 7 m/s -Cp_FV(t2) -Cp_EXP -Cp_FV(t1) t1,t2 diff. instants 13 m/s -2 Большие отклонения в Ср для нижней части лопатки можно приписать грубости сетки для этой части лопатки В расчетах с Vin=13 м/с для отрывных зон наблюдается нестационарность потока Слайд 22

23 Нестационарность отрывных зон (в расчетах) Мгновенные распределения относительной скорости в плоскости 63% от Rmax в различные моменты времени Слайд 23

24 Момент на валу (Нм) Моделирование Решение задач ВЭУ турбомашиностроения NREL с использованием с помощью FlowVision 3.9 Сопоставление моментов вращения сил, действующих на ротор Experiment FV: Gr >

25 FlowVision в сравнении с программами, использованными NREL в слепом тестировании Момент на валу, против потока, угол рыскания ⁰ - FlowVision - Эксперимент Другие символы данные, собранные NREL для слепого тестирования CFD-кодов Слайд 25

26 Другие возможности FlowVision 3.9 для решения задачи Технология скользящих поверхностей Технология приповерхностных сеток (OBL) Скользящие поверхности Выбирается осесимметричная подобласть с ротором внутри Подобласть и ротор вращаются вместе Остальная часть области неподвижна Граничные условия не меняются Технология позволяет рассчитывать течения с ненулевым углом рыскания Строится дополнительная приповерхностная сетка Для двух разных сеток уравнения решаются отдельно Граничные условия для внешней части OBL-сетки берутся из решения на основной сетке На стенке между областями с различной сеткой осуществляется обмен(величина поток величины ) Слайд 26

27 Момент на валу (Нм) Моделирование Решение задач ВЭУ турбомашиностроения NREL с использованием с помощью FlowVision 3.9 Сводные результаты Скорость ветра (м/с) Experiment FV: Grid-3 FV: Grid-4 FV: Grid-4+ FV: Grid-3+OBL FV: Sliding Surf Технологии OBL-сеток и скользящих поверхностей воспроизводят измерения с такой же точностью, что и базовый метод. Поэтому они также могут применяться для решения подобного рода задач Слайд 27

28 Заключительные замечания Решена задача о течении в ветроэнергетической установке с использованием программного комплекса FlowVision 3.9. Получено удовлетворительное для инженерной практики совпадение расчетных и экспериментальных данных. Показано, что FlowVision 3.9 является эффективным инструментом для анализа работы ветроэнергетических установок. Расчет одного варианта на сетке с 1.4 млн. ячеек занимает около 1-2 суток (физическое время) на персональном компьютере c одним 4-х ядерным процессором с частотой 3.6 ГГц и требует 5.3 ГБ оперативной памяти. Оперативность программы делает расчеты доступными в процессе проектирования установок. Для получения удовлетворительного решения задачи необходимо, чтобы расчетная сетка удовлетворяла 2-м условиям: (1) воспроизведение распределения давления должно быть достаточно хорошим; (2) среднее значение Y+_av на лопасти ротора должно быть ограничено пределами Y+ =8-2 (Y+ =1-2 для отрывных режимов) Слайд 28

Секс с собакой видео бесплатно смотреть
Видео онлайн бесплатно смотреть страпон
Детские танцы видео смотреть бесплатно
Скачать шаблоны для презентаций powerpoint бесплатно классические
Скачать ледниковый период все части mp4