劉 丹 李軍向 薛忠民 陳 淳

（中材科技風(fēng)電葉片股份有限公司，北京 102101）

1 引言

大自然提供的風(fēng)具有地域分散、能量密度低、不穩(wěn)定的特點(diǎn)，風(fēng)力機(jī)（圖 1）在野外惡劣環(huán)境下連續(xù)運(yùn)行，對(duì)其安全性、可靠性提出了極高要求。風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片是整個(gè)風(fēng)機(jī)中最為關(guān)鍵的部分，約占整機(jī)成本的20%～30%左右（見(jiàn)圖2），其性能優(yōu)越與否關(guān)系到發(fā)電機(jī)的成本、壽命以及發(fā)電功率的捕獲。此外，風(fēng)力機(jī)的葉片作為獲取風(fēng)能的關(guān)鍵部件，它的氣動(dòng)性能和結(jié)構(gòu)性能直接決定風(fēng)力機(jī)的工作效率和運(yùn)行壽命。風(fēng)力發(fā)電所涉及的空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，主要就是風(fēng)力機(jī)葉片的空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，包括風(fēng)力機(jī)葉片的氣動(dòng)設(shè)計(jì)和氣動(dòng)性能計(jì)算。其中氣動(dòng)性能計(jì)算是非常關(guān)鍵的工作，它為氣動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)果提供評(píng)價(jià)和反饋，并為葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供氣動(dòng)載荷等原始數(shù)據(jù)。氣動(dòng)性能計(jì)算的準(zhǔn)確性，直接影響葉片的氣動(dòng)性能和結(jié)構(gòu)安全，從而影響風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行效率和運(yùn)行安全。

隨著風(fēng)力機(jī)向大型化的發(fā)展，葉片整體的氣動(dòng)性能和結(jié)構(gòu)性能研究也變得更為重要。傳統(tǒng)的氣動(dòng)性能模擬方法很難對(duì)三維非穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)流動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)估，且風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)也面臨尺寸、及雷諾數(shù)效應(yīng)模擬上的困難，所以應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)值方法對(duì)三維葉輪的流動(dòng)進(jìn)行模擬，準(zhǔn)確地模擬出不同工況下流場(chǎng)中的各種細(xì)節(jié)，獲得更多的流動(dòng)特性，對(duì)流動(dòng)機(jī)理的分析及風(fēng)力機(jī)的研發(fā)工作等有很大的實(shí)際意義。

因此，基于以上所述，本文將主要從CFD數(shù)值模擬在風(fēng)電葉片設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀、遇到的困難及今后的發(fā)展前景等方面進(jìn)行探討。

圖1 水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)

圖2 2MW風(fēng)力機(jī)各部件所占成本近似比例

2 目前主要的研究方法

目前風(fēng)電葉片的研究方法主要有四種，分別是葉素動(dòng)量理論、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)、外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)及CFD數(shù)值模擬，現(xiàn)分別將這四種方法簡(jiǎn)單介紹如下。

2.1 葉素動(dòng)量理論

葉素動(dòng)量理論通過(guò)合理假設(shè)，抓住主要流動(dòng)規(guī)律，結(jié)合理論分析和試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到風(fēng)力機(jī)葉片的氣動(dòng)特性?；谌~素動(dòng)量理論的工程軟件簡(jiǎn)單，計(jì)算工作量小，容易融合于氣彈、結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的計(jì)算中。在實(shí)際應(yīng)用中，該方法通常低估了實(shí)際風(fēng)輪的動(dòng)力產(chǎn)生。為了使這種方法更加準(zhǔn)確，發(fā)展了各種模型來(lái)修正葉素動(dòng)量理論，包括葉尖損失修正模型、輪轂損失修正模型和偏航尾跡修正模型等。目前許多用于風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能的計(jì)算軟件大多是基于葉素動(dòng)量理論而開發(fā)的，例如已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的英國(guó)GH公司的Bladed軟件。然而這些修正模型本身多基于小型葉片的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，隨著風(fēng)力機(jī)單機(jī)容量的增大，這些已經(jīng)開發(fā)出來(lái)的軟件預(yù)測(cè)風(fēng)力機(jī)性能的準(zhǔn)確性隨之降低。

2.2 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)

風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)作為研究風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)性能的另一種有效方法，能綜合考慮影響流動(dòng)的各種因素，是理論與數(shù)值分析結(jié)果正確與否的可靠檢驗(yàn)手段。盡管實(shí)驗(yàn)測(cè)試可為風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)及分析提供比較可靠的數(shù)據(jù)，但實(shí)驗(yàn)過(guò)程周期較長(zhǎng)，成本高且投資很大，而且由于測(cè)量技術(shù)設(shè)備的限制，對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)流動(dòng)的細(xì)微部位測(cè)量困難重重。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)通常無(wú)法完全滿足相似條件，由于縮尺效應(yīng)(雷諾數(shù)效應(yīng))使得有效粘性增大，葉片表面上的分離區(qū)減小，從而在該區(qū)域的平均風(fēng)壓結(jié)果出現(xiàn)較大誤差 ，這種雷諾數(shù)效應(yīng)是風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)難以克服的，在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中往往也存在很難消除的干擾，例如尾流與洞壁干擾的修正就特別困難，此外一些極端的工作條件也是風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)無(wú)法滿足的。

圖3 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)圖

圖4 外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

2.3 外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

顧名思義就是直接在實(shí)際的風(fēng)場(chǎng)中對(duì)運(yùn)行的風(fēng)力機(jī)直接測(cè)量，在風(fēng)力機(jī)的表面用傳感器測(cè)量風(fēng)荷載和結(jié)構(gòu)響應(yīng)等，為葉片設(shè)計(jì)的評(píng)判提供基礎(chǔ)。自從20世紀(jì)80年代，已經(jīng)有部分研究機(jī)構(gòu)開始對(duì)風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)性能進(jìn)行外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。如美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）從1987年開始對(duì)直徑為10m，額定功率為20kW的某風(fēng)力機(jī)進(jìn)行了一系列的風(fēng)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)（圖4），但是由于自然風(fēng)速的變化劇烈，確定對(duì)應(yīng)于特定空氣動(dòng)力響應(yīng)的進(jìn)口條件非常困難，不僅要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須具有足夠的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，而且使得采集的數(shù)據(jù)也很難分析和按照產(chǎn)生原因分解成各自獨(dú)立的部分，因此，用這種方法進(jìn)行規(guī)律性的研究顯然是很困難的。

2.4 CFD數(shù)值模擬

近年來(lái)，隨著計(jì)算流體力學(xué)和計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展，數(shù)值模擬己逐漸成為認(rèn)識(shí)流動(dòng)規(guī)律的重要研究手段，為認(rèn)識(shí)風(fēng)力機(jī)的流動(dòng)性能提供了新的途徑。CFD數(shù)值模擬技術(shù)可以在寬廣的流動(dòng)范圍內(nèi)給出流場(chǎng)流動(dòng)的定量計(jì)算結(jié)果，既便于分析各種流動(dòng)參數(shù)對(duì)流動(dòng)規(guī)律的影響，又能快速地對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估，還可以指導(dǎo)后續(xù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，避免設(shè)計(jì)過(guò)程盲目重復(fù)，從而能夠提高風(fēng)力機(jī)的整體設(shè)計(jì)水平，大幅度縮短研制周期、降低研制成本，可以代替大量的實(shí)驗(yàn)，成為風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)與分析的強(qiáng)大而有效的工具。目前風(fēng)力機(jī)葉片流動(dòng)的數(shù)值研究已不再局限于流場(chǎng)分析、性能預(yù)測(cè)的正命題研究，風(fēng)力機(jī)的CFD數(shù)值模擬己成為當(dāng)前國(guó)際上最活躍的研究領(lǐng)域之一。

3 目前CFD在風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)研究中的應(yīng)用

CFD是在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)一個(gè)特定的計(jì)算，就好像是在計(jì)算機(jī)上做一次全尺寸的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。例如，風(fēng)電葉片的繞流，通過(guò)計(jì)算并將其結(jié)果在屏幕上顯示，就可以看到流場(chǎng)的各種細(xì)節(jié)：如風(fēng)的運(yùn)動(dòng)、風(fēng)速的大小，渦的生成與傳播，流動(dòng)的分離、表面的壓力分布、受力大小及其隨時(shí)間的變化等。即數(shù)值模擬可以形象的再現(xiàn)流動(dòng)情景并得到所有想要的結(jié)果。

CFD數(shù)值模擬有其他方法無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在很多實(shí)際工程領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，例如航空航天、汽車、建筑、橋梁、生物醫(yī)學(xué)、化工、環(huán)境、水利、海洋、油氣工程、發(fā)電、體育等，可以說(shuō)，有流動(dòng)就有CFD。同樣的，在風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，也早開展了對(duì)CFD數(shù)值模擬的研究，目前的應(yīng)用主要集中在風(fēng)電葉片翼型氣動(dòng)特性數(shù)值模擬、風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)性能模擬及氣動(dòng)彈性計(jì)算等方面。

3.1 翼型的氣動(dòng)特性計(jì)算

圖5 RISOE-A1-27的CFD計(jì)算升阻力系數(shù)

翼型氣動(dòng)特性是葉片設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，為減少工作量和成本，在翼型初樣和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，采用理論分析和CFD計(jì)算來(lái)獲得翼型氣動(dòng)特性，例如在RISΦE翼型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以數(shù)值模擬為基礎(chǔ)，發(fā)展了二維翼型計(jì)算軟件 EllipSys2d；結(jié)合優(yōu)化方法發(fā)展了 RISΦE系列翼型（A1、B1）等（見(jiàn)圖5、圖6），并且研究了粗糙度影響。

3.2 葉片氣動(dòng)性能模擬

葉片流場(chǎng)分析是一個(gè)規(guī)模很大的計(jì)算問(wèn)題。通過(guò)CFD手段對(duì)葉片進(jìn)行三維流場(chǎng)計(jì)算，對(duì)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后處理，除了可以得到功率、功率系數(shù)、推力系數(shù)（圖 8）等氣動(dòng)性能外，還可以得到例如渦量等值面、表壓云圖（圖 7）及截面流線等BEM理論無(wú)法得到的，此外還可以分析葉尖形狀影響、對(duì)葉尖聲學(xué)進(jìn)行計(jì)算及葉根設(shè)計(jì)等等，并最終能為葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供有幫助的參考。

圖7 表壓云圖

圖8 推力系數(shù)

3.3 葉片氣動(dòng)彈性計(jì)算

葉片氣動(dòng)彈性的不穩(wěn)定，實(shí)際上是由于葉片的彈性力與氣動(dòng)力、慣性力相互耦合，導(dǎo)致擾動(dòng)相互加強(qiáng)，一直到使葉片破壞，或達(dá)到一個(gè)“極限顫振”（速度較低時(shí)，葉片的任何振動(dòng)，都會(huì)因阻尼而衰減。但當(dāng)速度超過(guò)臨界速度時(shí)，微小的擾動(dòng)就會(huì)引起振動(dòng)發(fā)散，振幅急劇增大，造成結(jié)構(gòu)的損壞，這種現(xiàn)象就叫顫振）的狀態(tài)。

通過(guò) CFD數(shù)值模擬軟件與結(jié)構(gòu)分析軟件相配合，進(jìn)行流固耦合計(jì)算，使固體結(jié)構(gòu)中的變形和應(yīng)力，與流體流動(dòng)耦合計(jì)算，例如最新的 ANSYS12版本，集合了流體計(jì)算軟件 CFX與結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYS，通過(guò)CFX軟件得到葉片表面的風(fēng)壓數(shù)據(jù)，將這些風(fēng)壓數(shù)據(jù)作為葉片結(jié)構(gòu)表面的載荷導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，得到結(jié)構(gòu)響應(yīng)后，將變形后的葉片結(jié)構(gòu)導(dǎo)入CFX軟件中進(jìn)行新的計(jì)算，如此反復(fù)迭代，可以計(jì)算出結(jié)構(gòu)的響應(yīng)是否穩(wěn)定，從而得出氣彈分析的結(jié)果。

4 CFD數(shù)值模擬的過(guò)程及相應(yīng)軟件的使用經(jīng)驗(yàn)

CFD數(shù)值模擬的整個(gè)結(jié)構(gòu)大體上可以分為提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題這3個(gè)部分，CFD數(shù)值模擬的實(shí)現(xiàn)過(guò)程主要由以下幾個(gè)環(huán)節(jié)組成。

4.1 建模

建?？梢岳斫鉃閺奈锢砜臻g到計(jì)算空間的映射，二維軟件建模和三維軟件建模分別對(duì)應(yīng)于翼型的計(jì)算分析以及風(fēng)力機(jī)模擬和氣彈分析，二維軟件建模推薦使用AutoCAD，其優(yōu)點(diǎn)在于精度高，草圖處理靈活，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用非常普遍；三維軟件建模推薦使用CATIA和Rhinoceros軟件，CATIA軟件實(shí)體建模和曲面建模功能很強(qiáng)大，同時(shí)也有支持ICEM-CFD的插件ICEM-CFD CAA V5，Rhinoceros是一套超強(qiáng)的自由造型三維建模軟件，又叫犀牛，其4.0版本安裝完大小不到200M，硬件要求也很低。此外它包含了所有的 NURBS建模功能，用它建模感覺(jué)非常流暢，可以導(dǎo)出高精度模型給其他軟件使用，可以說(shuō)犀牛軟件是三維建模高手必須掌握的、具有特殊實(shí)用價(jià)值的高級(jí)建模軟件。

4.2 網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格劃分就是對(duì)連續(xù)空間進(jìn)行離散化，網(wǎng)格劃分在整個(gè)CFD計(jì)算過(guò)程中占據(jù)大量的時(shí)間，可以說(shuō)將近一半的精力要放在網(wǎng)格劃分上，網(wǎng)格劃分的優(yōu)劣直接影響數(shù)值模擬計(jì)算的收斂性和準(zhǔn)確性，非常重要。網(wǎng)格應(yīng)當(dāng)精細(xì)到足夠捕捉諸如剪切層、渦等物理現(xiàn)象的特征變化，由于葉片體型復(fù)雜，流場(chǎng)的流域也較大，滿足葉片形狀的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格很難劃分，并且會(huì)在不需要加密的地方占用大量的網(wǎng)格資源，故推薦使用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，棱柱體網(wǎng)格與四面體網(wǎng)格一起使用，如果想預(yù)測(cè)葉片表面的壓力，則至少要布置5層棱柱體網(wǎng)格在壁面處。網(wǎng)格劃分軟件在這里主要介紹兩種，一種是 Gambit，專門生成供Fluent軟件計(jì)算的網(wǎng)格，軟件好學(xué)、好用，功能強(qiáng)大。但是占用內(nèi)存比較多，有時(shí)容易死機(jī)，另一種是 ICEM－CFD，最強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分軟件，其接口非常多，幾乎支持所有流行的CFD軟件。ICEMCFD直接立足于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)到幾何模型映射，不是直接對(duì)幾何體分塊，而是對(duì)拓?fù)浞謮K。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分塊比直接對(duì)幾何體分塊容易得多，因?yàn)橥負(fù)浣Y(jié)構(gòu)的形態(tài)很簡(jiǎn)單，都是多邊形和六面體組合。

4.3 數(shù)值模擬計(jì)算

這里主要包括邊界條件的設(shè)置，湍流模型的選擇，給定求解控制參數(shù)和求解離散方程。下面筆者將根據(jù)近幾年的實(shí)踐和體會(huì)，參考一些資料，從數(shù)值風(fēng)洞大小的選取、對(duì)流項(xiàng)插值階數(shù)、湍流物理模型、數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果的判斷等幾個(gè)主要方面提出一些建議。

數(shù)值風(fēng)洞的大小與計(jì)算精度密切相關(guān)，太小會(huì)對(duì)風(fēng)力機(jī)表面風(fēng)壓產(chǎn)生影響，太大又會(huì)增加網(wǎng)格數(shù)量，設(shè)h為風(fēng)力機(jī)輪轂處的高度，建議入口距風(fēng)力機(jī)迎風(fēng)面4～5h的距離，風(fēng)力機(jī)的側(cè)面和頂面距各自流域邊界的距離應(yīng)大于4h，此時(shí)，最大阻塞率小于3%。

入口處邊界條件需要指定平均風(fēng)剖面和湍流強(qiáng)度剖面；數(shù)值風(fēng)洞的頂壁與側(cè)壁的邊界設(shè)置為滑移壁面；出口處選擇充分發(fā)展流動(dòng)，所有變量的梯度均為零；風(fēng)力機(jī)表面和地面設(shè)置無(wú)滑移壁面，速度u=0。

目前的商業(yè)CFD軟件均使用有限體積法，對(duì)流項(xiàng)的插值格式非常重要，一階迎風(fēng)格式通常包含較大的數(shù)值離散，做定量分析時(shí)要避免使用，目前推薦采用的二階迎風(fēng)插值格式，其數(shù)值耗散明顯低于一階迎風(fēng)格式，具有較高的精度，但通過(guò)本人的數(shù)值模擬實(shí)踐，對(duì)強(qiáng)烈變化的流場(chǎng)，二階格式常常會(huì)產(chǎn)生數(shù)值振蕩，因此，推薦采用接近二階的混合格式，例如1.75階，其收斂性優(yōu)于二階格式，計(jì)算結(jié)果精度也很高。

湍流物理模型的選取很困難，如果湍流模型選擇不準(zhǔn)確將對(duì)計(jì)算結(jié)果的精度影響最大，是CFD數(shù)值模擬計(jì)算中計(jì)算結(jié)果不確定性的主要因素。目前應(yīng)用的湍流模型有3種：一方程S-A模型、二方程k-episilon模型和二方程k-omega模型三大類型，在風(fēng)力機(jī)數(shù)值模擬中推薦使用一方程S-A模型和二方程 SST（剪應(yīng)力輸運(yùn)）k-ω模型，參考一些關(guān)于湍流模型的使用資料和自身的實(shí)踐可知，S-A模型是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的通過(guò)求解輸運(yùn)方程得到湍流運(yùn)動(dòng)粘度的單方程湍流模型，是專為航空航天領(lǐng)域中，研究壁面邊界流動(dòng)而設(shè)計(jì)的，在S-A模型中，湍流粘性系數(shù)與表征湍流流動(dòng)特性的脈動(dòng)動(dòng)能聯(lián)系起來(lái)，主要著力于恰當(dāng)求解邊界層受粘性影響的區(qū)域。應(yīng)用S-A模型對(duì)于附著流和小分離流動(dòng)的計(jì)算結(jié)果較為精確；對(duì)于SST k-ω模型，普遍認(rèn)為其是模擬繞鈍體流比較好的模型，對(duì)于動(dòng)態(tài)失速的翼型繞流，k-ω SST湍流模式是較為有效的，計(jì)算出的氣動(dòng)力系數(shù)曲線變化趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得比較好。此外該模型在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用都很多。但這些湍流模型中的部分參數(shù)是通過(guò)尺度較小的模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的，其模擬結(jié)果與大尺度鈍體結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)仍有較大誤差，有待于進(jìn)一步的改進(jìn)。

對(duì)于計(jì)算結(jié)果的判定，在一般情況下，殘差下降4個(gè)量級(jí)即可認(rèn)為結(jié)果收斂，與此同時(shí)監(jiān)測(cè)感興趣的位置，記錄當(dāng)?shù)氐牧鲃?dòng)變量，如果這些變量趨于常數(shù)，那么這個(gè)區(qū)域的解可認(rèn)為已經(jīng)收斂。

數(shù)值模擬計(jì)算商業(yè)軟件主要有Numeca、Fluent和CFX等，Numeca除具有一般CFD軟件的通用功能外，還非常適合于透平機(jī)械內(nèi)流動(dòng)過(guò)程的數(shù)值計(jì)算，該軟件主要針對(duì)于渦輪機(jī)械的，但它市場(chǎng)做的不好，國(guó)內(nèi)的用戶很少；Fluent軟件國(guó)內(nèi)用的人最多，F(xiàn)luent軟件中的動(dòng)/變形網(wǎng)格技術(shù)主要解決邊界運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，用戶只需指定初始網(wǎng)格和運(yùn)動(dòng)壁面的邊界條件，余下的網(wǎng)格變化完全由解算器自動(dòng)生成，其局部網(wǎng)格重生式是Fluent所獨(dú)有的，而且用途廣泛，可用于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、變形較大問(wèn)題以及物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律事先不知道而完全由流動(dòng)所產(chǎn)生的力所決定的問(wèn)題，這也使得該軟件在對(duì)風(fēng)力機(jī)的數(shù)值模擬方面非常方便；與大多數(shù)CFD軟件不同的是，CFX軟件除了可以使用有限體積法之外，還采用了基于有限元的有限體積法，它保證了在有限體積法守恒特性的基礎(chǔ)上，吸收了有限元法的數(shù)值精確性。在CFX中，基于有限元的有限體積法，對(duì)六面體網(wǎng)格單元采用24點(diǎn)插值，對(duì)于四面體單元采用60點(diǎn)插值，可以非常有效的提高數(shù)值模擬的計(jì)算精度，對(duì)同一問(wèn)題，只要增加四面體網(wǎng)格單元的數(shù)目，其計(jì)算精度與六面體相差不大，而Fluent軟件四面體網(wǎng)格插值點(diǎn)僅為4個(gè)，六面體網(wǎng)格為6個(gè)，其六面體的求解性能明顯好于四面體網(wǎng)格，因此用Fluent軟件進(jìn)行風(fēng)力機(jī)數(shù)值模擬時(shí)，最好使用六面體網(wǎng)格，這使得網(wǎng)格劃分工作的任務(wù)大大增加，而CFX軟件則沒(méi)有這方面的限制。

4.4 后處理

后處理的目的是有效地觀察和分析流動(dòng)計(jì)算結(jié)果，隨著計(jì)算機(jī)圖形性能的提高，目前的絕大多數(shù)CFD軟件均配備了后處理器，提供了較為完善的后處理功能，包括計(jì)算域的幾何模型及網(wǎng)格顯示、矢量圖、等值線圖、云圖等等，借助后處理功能，還可動(dòng)態(tài)模擬流動(dòng)的效果，直觀地了解CFD的計(jì)算結(jié)果。此外，除了CFD軟件自帶的后處理模塊外，還可以選擇專業(yè)的軟件，其中Tecplot軟件在后處理方面非常強(qiáng)大，軟件短小精悍，并且可以自己編程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)，非常好用。

5 CFD風(fēng)力機(jī)模擬的發(fā)展方向

CFD作為一個(gè)新的流體力學(xué)研究工具，正在得到迅速發(fā)展，也展示了其廣闊的應(yīng)用前景；CFD軟件相對(duì)于其他領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)軟件更復(fù)雜，更依賴于用戶經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)水平，今后的風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)特性計(jì)算的研究重點(diǎn)是基于NS方程的CFD數(shù)值方法來(lái)減少經(jīng)驗(yàn)性，增強(qiáng)魯棒性。現(xiàn)有的湍流模型在風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)計(jì)算中效果不是很理想，最終的解決辦法是發(fā)展針對(duì)于復(fù)雜旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)的湍流模型，借鑒于在低矮房屋中成功的湍流模型改進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，以標(biāo)準(zhǔn)S-A湍流一方程物理模型為基礎(chǔ)，改進(jìn)湍流生成項(xiàng)和壁面修正項(xiàng)，并針對(duì)撞擊、分離、再附和環(huán)流這幾種流動(dòng)特性設(shè)置不同參數(shù)以修正渦粘分布，基于風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)測(cè)或風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)調(diào)整部分參數(shù)，從而達(dá)到提高針對(duì)于復(fù)雜旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)數(shù)值模擬計(jì)算精度的目的。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的提高和數(shù)值技術(shù)、網(wǎng)格生成、湍流模型等各個(gè)方面的不斷完善，CFD方法在未來(lái)必定表現(xiàn)出其固有的巨大優(yōu)越性，也必將成為風(fēng)力機(jī)性能研究的主要方法。

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