[發明專利]一種適用于模化仿生前緣流場特征的方法

有效

• 申請號: 202011144392.0
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112199777B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 張明明;張一楠;蔡暢;廖猜猜;秦志文;徐建中
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/28;G06F111/10;G06F113/06;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京清大紫荊知識產權代理有限公司 11718
• 代理人: 張卓

本發明的適用于模化仿生前緣流場特征的方法，屬于風電機葉片流場模擬方法的技術領域，解決現有技術的方法計算量大且耗時長的技術問題。該方法包括S101:基于CAE軟件繪制光滑的機翼模型，在機翼模型上繪制仿生前緣的邊緣結構，并在機翼模型上或在仿生前緣上添加網格；S102:基于CAE軟件模擬氣動力流場以獲取仿生前緣對流場的作用力，將該作用力以動量原項替代仿生前緣結構；S103:通過作用在仿生前緣的作用力迭代求解的方法獲取新的仿生前緣結構。本發明用以完善風電機葉片流場模擬的使用功能，滿足人們對風電機葉片流場模擬耗時短且易于計算的要求。

技術領域

本發明屬于風電機葉片流場模擬方法的技術領域，尤其涉及一種適用于模化仿生前緣流場特征的方法。

背景技術

風電機組處在大氣邊界層中運行，由于風力機葉片的工作環境復雜多變，葉片表面的流動分離頻繁發生，導致葉片氣動力性能嚴重惡化。因此，對葉片進行流動分離控制可以有效地提高風電機組的發電效率，促進風電機組安全、穩定運行。現有技術中采用仿生前緣結構作為新型流動控制方法，能夠有效地抑制流動分離，提高翼型氣動力性能。將仿生前緣結構應用于風力機葉片，需要開展大量計算來實現對葉片結構參數的設計。

本案發明人發現現有的方法在對仿生翼型數值模擬過程中至少存在以下缺陷：

1.計算網格的劃分是數值模擬需要最先完成的工作，由于仿生前緣具有復雜的結構形狀，這給網格的劃分帶來了很大的難度。并且，為了提高仿生前緣附近計算結果的準確性，需要對其附近網格進行加密處理，這在很大程度上增加了仿生翼型計算的網格量，直接導致數值計算量大幅度增加，計算耗時延長。

2.由于仿生前緣齒形結構的特殊性，很難保證每一處齒間與齒根位置處網格劃分的質量，而較差的網格質量直接影響計算精度與計算結果的準確性，并且，需要對不同尺寸參數的仿生前緣進行比較分析，每次計算都需要對翼型的網格進行重新劃分，這極大的增加了數值模擬的工作量，給仿生翼型的優化設計帶來很大困難。

3.對于風力機翼型設計過程中所采用的設計平臺與設計程序，只能實現對二維風力機翼型氣動力性能的優化設計，而仿生前緣齒形具有明顯的三維結構，并且仿生前緣延翼型展向周期性的分布，因此，目前無法更好的實現對仿生前緣翼型氣動力性能的優化設計工作。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適用于模化仿生前緣流場特征的方法，解決現有技術中方法計算量大且耗時長的技術問題。本案的技術方案有諸多技術有益效果，見下文介紹：

本案提供一種模擬于模化仿生前緣流場特征的方法，所述方法包括：

S101:基于CAE軟件繪制光滑的機翼模型，在機翼模型上繪制仿生前緣的邊緣結構，并在機翼模型上或在仿生前緣上添加網格；

S102:基于CAE軟件模擬氣動力流場以獲取仿生前緣對流場的作用力，將該作用力以動量原項替代仿生前緣結構，如，在光滑翼型前緣位置的網格點處，將該作用力以動量原項的形式替代原有的實體結構，來模擬與實體仿生前緣相同的流場特征，很好地模擬仿生翼型的氣動力特征。該發明所提供的方法可以省去現有方法在數值計算過程中對仿生前緣復雜結構的網格劃分，避免了對網格質量的影響，有效地提高數值計算結果的準確性，極大的減小機翼翼型數值模擬的計算量；

S103:通過作用在仿生前緣的作用力迭代求解的方法獲取新的仿生前緣結構。將流場對仿生前緣替換的作用力以動量原項進行添加后進行積分，以模擬出能夠適應風電機組工作環境復雜多變的葉片，提高葉片氣動力性能，促進風電機組安全、穩定運行。

在一個優選或可選的實施方式中，模擬氣動力流場以獲取仿生前緣對流場的作用力的方法包括：

在氣動力流場的作用下獲取所述光滑機翼吸力面和壓力面產生的速度差值；