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有限体积法在风轮机流场数值模拟中的应用研究

张雪莲  
【摘要】: 随着人类对生态环境的要求和能源的需要,风能作为一种可再生的清洁能源,日益受到人们的重视,为了能最大限度的利用风能发电,除了要认真做好风能资源的勘察,还要利用数值设计方法对风力机的设计及风电场的选址做进一步的优化。因为大气是一种流体,它具有流体的基本特性,故依据计算流体力学理论,可由流体力学基本控制方程组描述,因此对风轮机流场的数值模拟可通过求解这一方程组完成。 本文选取有限体积方法对风轮机流场进行数值模拟。该方法是近年来在流体力学领域应用较为广泛的一种数值方法。有限体积法的基本思路易于理解,并能得出直接的物理解释。离散方程的物理意义就是因变量在有限大小的控制体积中的守恒原理,因此有限体积法得出的离散方程,对整个计算区域,满足积分守恒,同时,由于它可以方便的利用多种类型的网格,从而非常适用于处理具有复杂几何区域的问题。目前,有限体积法已广泛应用于各领域的数值计算问题,且有着广阔的前景。 本文应用有限体积法对二维环形区域上的流体控制方程求解,并对二维流场数值模拟问题的有限体积法进行稳定性分析,给出该方法稳定的充分条件。 应用有限体积法对包含风轮机的长方体及圆柱体区域内三维流场进行数值模拟。以Visual Fortran为平台,实现上述算法的计算机求解程序,给出实例仿真结果并进行分析,以验证有限体积法求解二维流体控制方程及数值模拟三维风轮机流场的可行性。


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