基于ANSYSWorkbench的风力机流固耦合分析_周海栋.pdf

第３０卷第５期河北工业科技Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．５
２０１３年９月ＨｅｂｅｉＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｅｐｔ．２０１３
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文章编号：１００８－１５３４（２０１３）０５－０３１４－０５

基于ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ的风力机流固耦合分析
周海栋１，张艳伟２，王博超３，庞伟４
（１．河北工程大学装备制造学院，河北邯郸０５６０３８；２．河北工程大学机电工程学院，河北邯郸
０５６０３８；３．中国石油天然气股份有限公司河北沧州销售分公司，河北沧州０６２４５０；４．西山煤电集
团官地矿，山西太原０３００２２）
摘要：利用ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ软件对２ｋＷ的风力机进行流固耦合分析，得到风场风速、叶片
所受风压、叶片变形、应力应变等有限元分析结果。同时对叶片本身、叶片在风场中静止及旋转情
况下进行模态分析，并进行比较。ＡＮＳＹＳ已将流体软件ＣＦＸ整合到Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中，利用Ｗｏｒｋ－
ｂｅｎｃｈ对风机进行流固耦合分析可在软件内部完成多物理场数据传递，方便实用。得到的风场信
息、叶片应力云图及叶片的模态分析为叶片的优化设计及研发工作提供直接数据，从而减少产品开
发周期，降低开发成本。

关键词：风机叶片；有限元；流固耦合分析；模态分析

中图分类号：ＴＫ８３文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．７５３５／ｈｂｇｙｋｊ．２０１３ｙｘ０５０２

Ｆｌｕｉｄ－ｓｏｌｉｄｃｏｕｐｌｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅ
ｂａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ

ＺＨＯＵＨａｉｄｏｎｇ１，ＺＨＡＮＧＹａｎｗｅｉ２，ＷＡＮＧＢｏｃｈａｏ３，ＰＡＮＧＷｅｉ４

（１．ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｎｄａｎＨｅｂｅｉ０５６０３８，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉ－
ｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｎｄａｎＨｅｂｅｉ０５６０３８，Ｃｈｉｎａ；３．ＨｅｂｅｉＣａｎｇｚｈｏｕＳａｌｅｓ
Ｂｒａｎｃｈ，ＣＮＰＣ，ＣａｎｇｚｈｏｕＨｅｂｅｉ０６２４５０，Ｃｈｉｎａ；４．ＧｕａｎｄｉＣｏａｌＭｉｎｅ，ＸｉｓｈａｎＣｏａｌＥｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙＧｒｐｕｐＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ，
ＴａｉｙｕａｎＳｈａｎｘｉ，０３００２２，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｌｕｉｄ－ｓｏｌｉｄｃｏｕｐｌｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ．Ｔｈｅｗｉｎｄｓｐｅｅｄ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅ
ｂｌａｄｅ＇ｓｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｓｔｒｅｓｓａｎｄｓｔｒａｉｎａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｂｌａｄｅｉｔｓｅｌｆａｎｄｔｈｅｂｌａｄｅｉｎｗｉｎｄｆｉｅｌｄｗｉｔｈｏｒｗｉｔｈｏｕｔ
ｒｏｔａｔｉｏｎａｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄ．ＷｉｔｈｔｈｅＣＦＸｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｉｎｔｏＷｏｒｋｂｅｎｃｈ，ｉｔｉｓｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｆｏｒｉｎｔｅｒｎａｌｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
ｂｅｔｗｅｅｎｍｕｌｔｉ－ｐｈｙｓｉｃｓｆｉｅｌｄｓ．Ｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｂｏｕｔｔｈｅｗｉｎｄｓｉｔｅ，ｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｂｌａｄｅａｎｄｔｈｅｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓ
ｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎａｎｄｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅｂｌａｄｅ．Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｃｙｃｌｅｉｓｓｈｏｒｔｅｎｅｄａｎｄｔｈｅｃｏｓｔ
ｏｆｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｓｃｕｔｄｏｗｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ；ｆｌｕｉｄ－ｓｏｌｉｄｃｏｕｐｌｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓ；ｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓ

叶片是风力发电机组的关键部件之一，它的设限元分析能为叶片的优化设计、改型及研发提供直
计直接影响到风能的利用效率。因此，对于叶片的观准确的数据信息。
气动外形设计显得尤为重要。对叶片及流场进行有随着ＣＡＥ软件技术的发展，叶片的流固耦合可
以在ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ中实现。最新的Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ
收稿日期：２０１３－０４－０８；修回日期：２０１３－０５－１３
在工程页引入了工程图解的概念，利用该功能可
责任编辑：陈书欣１２
基金项目：河北省教育厅科学研究计划项目（２０１０ＮＳ０７）以将一个复