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垂直轴风力机非定常气动特性数值模拟的任务书
一、任务简介
本任务旨在设计并实现一个垂直轴风力机的非定常气动特性数值模拟，包括对风轮叶片周围的湍流流场进行计算，以及分析风力机运行过程中的非定常气动特性，并对结果进行优化。
二、任务背景
垂直轴风力机是一种较为新颖的风力发电装置，具有较好的良好性能、占地面积小等优点，已广泛应用于民用和工业领域。在风力机的设计和优化过程中，数值模拟技术是非常重要的工具。通过对风轮叶片周围的湍流流场进行计算，可以揭示风力机的气动特性，进而优化风轮叶片的设计和风力机的运行控制策略，提高风力机的发电效率。
三、任务目标
本任务的目标是设计和实现一个垂直轴风力机的非定常气动特性数值模拟，具体包括以下几个方面：
1.建立垂直轴风力机的几何模型，包括风轮叶片、轴承、转子等组成部分，并确定计算区域的大小和范围。
2.进行湍流流场模拟，采用计算流体力学（CFD）方法，对风轮叶片周围的流场进行计算。
3.研究风力机在不同工况下的非定常气动特性，包括启动、停机、变桨、变转速等。
4.对模拟结果进行优化，提高风力机的发电效率和运行可靠性。
四、任务步骤
1.确定模拟区域和边界条件，设置模拟参数和计算模型。
2.进行风力机装置的三维建模，包括风轮叶片、轴承、转子、塔架等。
3.使用CFD方法建立数值模型，对风轮叶片周围的湍流流场进行计算，并进行动态模拟。
4.对模拟结果进行分析和优化，包括统计风力机各部分的平均速度、压力分布、风轮叶片的扭转角等。
5.进行灵敏性分析，并对模拟结果进行验证。
五、技术要求
1.熟练掌握CFD计算原理和技术，能够熟练运用各大CFD软件进行模拟和分析。
2.具有较强的数值计算能力和代码编写能力，能够熟练使用Matlab或Fortran语言编写程序。
3.熟悉垂直轴风力机的原理和结构，能够根据要求进行建模和模拟。
4.具备较好的英语文献查找和阅读能力，能够熟练阅读英文文献并将其应用于任务中。
六、可行性分析
本任务的实现有很强的可行性。一方面，数值模拟技术已经在风力机设计和优化中得到广泛应用，而且各大CFD软件也越来越成熟，具有较高的计算精度和计算速度；另一方面，垂直轴风力机的原理和结构并不复杂，能够较好地进行建模和计算。因此，综合考虑，本任务的实现具有很高的可行性。
七、参考文献
1.M.B.Porch,J.R.BenigniandS.J.Archuleta,“Numericalsimulationofdynamicstallonaverticalaxiswindturbine,”JournalofFluidsandStructures,Vol.76,pp.88-103,2018.
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3.B.Wang,F.XiaoandJ.Zhou,“Numericalstudyonaerodynamicperformanceofastraight-bladedverticalaxiswindturbine,”EnergyConversionandManagement,Vol.152,pp.592-603,2017.
4.G.SinghandB.Singh,“ReviewofCFDappliedinverticalaxiswindturbine,”RenewableandSustainableEnergyReviews,Vol.51,pp.918-934,2015.