基于格子Boltzmann方法的海流能水輪機大雷諾數(shù)模擬研究.pdf

1、水輪機是海流能發(fā)電系統(tǒng)裝置的重要組成部分,不同的水輪機的換能效果也不相同,因此水輪機的設計優(yōu)化對于提高海流能的利用效率具有至關重要的作用。水輪機葉片數(shù)量的選擇以及水輪機葉片翼型的水動力特性分析是水輪機參數(shù)優(yōu)化的基礎工作。
　　 格子Boltzmann方法是近幾十年來發(fā)展起來的一種模擬復雜流體現(xiàn)象的介觀方法,近年來引起了國際上許多學者的關注,其理論不斷成熟,應用領域不斷擴大,該方法相對于傳統(tǒng)的數(shù)值模擬方法具有算法簡單、精度高、可以

2、直接求解壓力、能夠模擬復雜邊界條件、易于并行計算等優(yōu)點,已逐漸發(fā)展成為仿真模擬流體動力學問題的一類重要的數(shù)值方法。但是格子Boltzmann方法在模擬宏觀N-S方程時,為降低誤差導致了該方法模擬大雷諾數(shù)流場的局限性,因此大雷諾數(shù)下流場的模擬成為將該方法應用于實際工程領域的瓶頸。
　　 本文將格子Boltzmann方法應用于海流能發(fā)電水輪機的水動力特性分析和研究中,并對格子Boltzmann方法的基礎性理論做進一步研究分析,通過基

3、于大渦模擬的格子Boltzmann方法(LBM-LES)解決了格子Boltzmann方法不能模擬大雷諾數(shù)流場的問題,并通過數(shù)值模擬和對比分析,驗證了基于大渦模擬的格子Boltzmann方法模擬大雷諾數(shù)流場的準確性,從而為格子Boltzmann方法應用于實際工程領域的海流能水輪機模擬奠定了基礎;對于葉片翼型的研究通過對不同攻角、不同厚度和彎度的翼型進行模擬對比分析,以及處理計算數(shù)據總結了大雷諾數(shù)下不同翼型參數(shù)與翼型水動力特性的變化規(guī)律關系