風(fēng)機(jī)變異葉片的參數(shù)化建模

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　　由于數(shù)據(jù)分析的需要，本文需要多次改變?nèi)~片各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)，研究參數(shù)改變對(duì)于葉片動(dòng)轉(zhuǎn)矩輸出性能的影響。考慮到對(duì)變異葉片模型的重復(fù)建模需要巨大的工作量，因此本文利用Matlab強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算功能設(shè)計(jì)葉片特征曲線點(diǎn)云生成軟件，結(jié)合Pro／E軟件基于特征建模的特點(diǎn)，對(duì)變異葉片模型進(jìn)行參數(shù)化建模。根據(jù)所采用的葉片曲面生成策略，具體的特征曲線參數(shù)化建模流程如圖3—3所示。根據(jù)以上流程，利用Matlab編程設(shè)計(jì)Savonius風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)葉片模型點(diǎn)云生成軟件，軟件界面如圖3-4(a)所示，分別輸入4個(gè)葉片結(jié)構(gòu)變量的參數(shù)，即可生成Pro／E曲面建模所需的特征曲線點(diǎn)云。將ibl格式的點(diǎn)云文件導(dǎo)入Pro／E，利用Pro／E基于特征建模的特點(diǎn)，經(jīng)過擬合、掃掠、加厚、鏡像等操作，生成變異葉片的三維模型，具體過程如圖3．4所示。
　　3．1．4風(fēng)場(chǎng)及交界面設(shè)計(jì)
　　考慮到風(fēng)場(chǎng)邊界壁面對(duì)于流場(chǎng)的影響，根據(jù)風(fēng)場(chǎng)設(shè)計(jì)的一般要求，在滿足網(wǎng)格劃分需求以及計(jì)算精度需求的前提下，盡量降低仿真模擬的計(jì)算量。經(jīng)過多次試驗(yàn)測(cè)試之后，確定了如圖3．5所示的風(fēng)場(chǎng)模型，整個(gè)風(fēng)場(chǎng)為長(zhǎng)方體構(gòu)造，風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)葉片位于風(fēng)場(chǎng)的中心，風(fēng)場(chǎng)的尺寸設(shè)計(jì)如下：風(fēng)場(chǎng)截面高度為1000mm，風(fēng)場(chǎng)截面寬度為2400mm，風(fēng)場(chǎng)長(zhǎng)度為2400mm。由于研究對(duì)象為Savonius風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)葉片的動(dòng)轉(zhuǎn)矩輸出性能，需要對(duì)葉片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行瞬態(tài)仿真，經(jīng)過多次試驗(yàn)，對(duì)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度及計(jì)算量、計(jì)算時(shí)間等因素進(jìn)行綜合考慮，在Fluent動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)、Fluent滑移網(wǎng)格技術(shù)、CFXImmersedSolid等技術(shù)中選擇Fluent滑移網(wǎng)格技術(shù)進(jìn)行葉片旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的仿真。因此需要將流場(chǎng)空間分成兩個(gè)不同的計(jì)算域，本文考慮使用交界面將流場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行分割，從而生成旋轉(zhuǎn)域和靜止域兩個(gè)計(jì)算域，其中葉片外表面與交界面圍成的區(qū)域?yàn)樾D(zhuǎn)域，流場(chǎng)邊界與交界面圍成的區(qū)域?yàn)殪o止域。交界面設(shè)計(jì)為圓柱形，交界面示意圖如圖3．5所示。
　　3．2數(shù)值模擬仿真體系構(gòu)建
　　利用ANSYS Workbench提供的協(xié)同仿真環(huán)境平臺(tái)，根據(jù)風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)葉片流場(chǎng)數(shù)值模擬需要將ANSYS提供的CAE產(chǎn)品組件進(jìn)行組合，建立如圖3-6所示的能夠充分滿足分析需求的仿真體系。整個(gè)仿真體系由4個(gè)模塊構(gòu)成，Geometry模塊主要負(fù)責(zé)導(dǎo)入Pro／E軟件生成的STP模型文件，并對(duì)模型進(jìn)行適應(yīng)性操作以滿足后期仿真需要；Mesh模塊主要負(fù)責(zé)計(jì)算模型網(wǎng)格的劃分及邊界條件的定義；Fluent模塊主要負(fù)責(zé)流體條件、邊界條件、計(jì)算模型、離散格式等流場(chǎng)計(jì)算參數(shù)的選擇和設(shè)定，以及完成計(jì)算求解過程；Results模塊在很大程度上解決了Fluent軟件后處理能力較弱的問題，使得后處理結(jié)果更加簡(jiǎn)潔美觀。整個(gè)仿真過程沒有各種格式的冗余過程文件產(chǎn)生，極大的提高了仿真效率，優(yōu)化了仿真環(huán)境。
　　3．3網(wǎng)格劃分策略
　　3．3．1網(wǎng)格劃分工具的選擇
　　網(wǎng)格劃分是CAE仿真分析非常重要的一個(gè)步驟，網(wǎng)格質(zhì)量的高低會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)性和求解速度產(chǎn)生很大的影響，進(jìn)行網(wǎng)格劃分的軟件自動(dòng)化程度越高、網(wǎng)格劃分策略越先進(jìn)，CAE仿真分析的效率就越蒯4 61。本文采用ANSYS Meshing作為網(wǎng)格劃分的工具，其網(wǎng)格劃分技術(shù)在ICEMCFD、Gambit等傳統(tǒng)網(wǎng)格劃分軟件的基礎(chǔ)上做出相應(yīng)改進(jìn)，ANSYS Meshing以非結(jié)構(gòu)化的三角形／四邊形面網(wǎng)格為基礎(chǔ)，將邊界層處理、自動(dòng)面網(wǎng)格劃分、曲率自適應(yīng)等技術(shù)相結(jié)合，為用戶提供網(wǎng)格劃分、網(wǎng)格光順優(yōu)化、網(wǎng)格曲面跟蹤、網(wǎng)格質(zhì)量檢查等功能，以實(shí)現(xiàn)CFD流體分析中網(wǎng)格劃分的高度自動(dòng)化。