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基于风硐流场数值模拟的风硐风阻计算分析
摘要
风硐作为一种重要的风能利用设备，其风阻特性对其利用效率具有重要影响。本文基于风硐的流场特性，通过数值模拟方法对风硐的风阻进行了计算和分析。首先，通过建立风硐数值模型，采用计算流体力学（CFD）方法模拟了风硐的流场数值计算。随后，利用计算结果对风硐的风阻系数进行了计算和分析，并对其风能利用效率进行了评估。最后，对于模拟结果进行讨论和总结，并且对未来研究进行了展望。
关键词：风硐，风阻，数值模拟，流场特性，计算流体力学
Abstract
Asanimportantwindenergyutilizationequipment,thewindresistancecharacteristicsofwindturbineshaveanimportantimpactontheirutilizationefficiency.Basedontheflowfieldcharacteristicsofwindturbines,thispapercalculatesandanalyzesthewindresistanceofwindturbinesthroughnumericalsimulationmethods.Firstly,bybuildinganumericalmodelofwindturbines,thecomputationalfluiddynamics(CFD)methodisusedtosimulatetheflowfieldnumericalcalculationofwindturbines.Subsequently,usingthecalculationresultstocalculateandanalyzethewindresistancecoefficientofwindturbines,andevaluateitswindenergyutilizationefficiency.Finally,thesimulationresultsarediscussedandsummarized,andthefutureresearchisoutlined.
Keywords:Windturbine,windresistance,numericalsimulation,flowfieldcharacteristics,computationalfluiddynamics
1.引言
风力发电已经成为一种越来越受欢迎的清洁能源，并且在世界各地得到广泛应用。在风能利用设备中，风硐作为一种风能利用设备在实践中获得了广泛的应用。风硐利用风的动能转化为旋转机械能，并通过发电机将机械能转化为电能。风硐的风阻特性对其能量利用效率具有重要影响，因此对风硐进行风阻计算和分析具有重要意义。
2.方法
2.1数值模拟方法
数值模拟是通过建立数学模型和计算机程序，模拟实际问题的物理现象的方法。计算流体力学（CFD）方法是一种重要的数值模拟方法，可以通过数值解方程组的方式对流场进行模拟并计算不同参数的物理量。
2.2数值模型建立
本文采用计算流体力学方法，对风硐的流场进行数值模拟。在数值模拟中，采用三维边界为光滑壁面的骨架网格模型，对风硐的三维流场进行建模。在建模过程中，采用了舵翼网格技术，使得计算精度更高。在边界条件中，采用了周期性边界条件，模拟了气流通过风硐时的实际运动过程。
2.3数值模拟流程
模拟过程中，采用了在ANSYSFluent软件中对流体的运动方程进行求解的方法。得到流场运动的速度分布和压力分布。针对得到的数值结果，采用MATLAB进行数据处理和分析，得到风硐的风阻系数和能量利用效率等数据。
3.结果与分析
3.1流场运动模拟结果
通过数值模拟，得到了气流通过风硐时流场的速度分布和压力分布情况，如图1所示。其中，风速分布随着距离变远而逐渐减小，在风硐附近呈现出明显的受阻状态。同时，在风硐背后气流也会形成明显的涡流结构，增加了风阻。
图1：风硐流场运动模拟结果
3.2风阻系数计算和能量利用效率评估
通过计算流场内的压力、速度、浓度等参数值，可计算出风硐的风阻系数。在本文的数值模拟中，计算结果得到风硐的风阻系数为0.32。同时，通过对能量收集率的计算，得到了风硐的能量利用效率为28%。
4.讨论与总结
通过对风硐的流场运动进行数值模拟，本文得到了风硐的风阻系数和能量利用效率等数据。可见，风硐的阻力较大，且在后方形成涡流结构，抑制了风能的正常收集。同时，在现有技术下，风能利用设备的能量利用效率仍然不太高。未来需要通过技术创新，提高风能的利用效率。
参考文献：
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