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

1、水輪機(jī)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(jī)的換能效果也不相同,因此水輪機(jī)的設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)于提高海流能的利用效率具有至關(guān)重要的作用。水輪機(jī)葉片數(shù)量的選擇以及水輪機(jī)葉片翼型的水動(dòng)力特性分析是水輪機(jī)參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)工作。
　　 格子Boltzmann方法是近幾十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種模擬復(fù)雜流體現(xiàn)象的介觀方法,近年來(lái)引起了國(guó)際上許多學(xué)者的關(guān)注,其理論不斷成熟,應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,該方法相對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)值模擬方法具有算法簡(jiǎn)單、精度高、可以

2、直接求解壓力、能夠模擬復(fù)雜邊界條件、易于并行計(jì)算等優(yōu)點(diǎn),已逐漸發(fā)展成為仿真模擬流體動(dòng)力學(xué)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(shí),為降低誤差導(dǎo)致了該方法模擬大雷諾數(shù)流場(chǎng)的局限性,因此大雷諾數(shù)下流場(chǎng)的模擬成為將該方法應(yīng)用于實(shí)際工程領(lǐng)域的瓶頸。
　　 本文將格子Boltzmann方法應(yīng)用于海流能發(fā)電水輪機(jī)的水動(dòng)力特性分析和研究中,并對(duì)格子Boltzmann方法的基礎(chǔ)性理論做進(jìn)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(chǎng)的問題,并通過數(shù)值模擬和對(duì)比分析,驗(yàn)證了基于大渦模擬的格子Boltzmann方法模擬大雷諾數(shù)流場(chǎng)的準(zhǔn)確性,從而為格子Boltzmann方法應(yīng)用于實(shí)際工程領(lǐng)域的海流能水輪機(jī)模擬奠定了基礎(chǔ);對(duì)于葉片翼型的研究通過對(duì)不同攻角、不同厚度和彎度的翼型進(jìn)行模擬對(duì)比分析,以及處理計(jì)算數(shù)據(jù)總結(jié)了大雷諾數(shù)下不同翼型參數(shù)與翼型水動(dòng)力特性的變化規(guī)律關(guān)系