《表1 水平轴风机CFD研究分析》

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《水平轴风机气动性能CFD模拟文献综述》

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表1中列举了近期众多学者针对水平轴风机进行的CFD研究内容，SEZER-UZO L N[11]利用PUMP2软件对N R EL Phase VI风机进行了瞬态模拟，计算域采用圆柱体，采用了非粘性和LES两种方法，LES模拟得出的叶片截面压力分布与实验数据吻合较好。FERRER E[51]模拟分析了三种不同叶梢形式的叶片在旋转过程中的受力情况，综合对比了不同叶梢形式风机输出功率与载荷，该研究对于优化风机叶片的几何形式有一定指导意义。LAURSEN J[52]利用CFX软件对SWT-2.3-93风机进行了稳态模拟，计算域采用三分之一圆柱体以减少计算量，模拟结果显示在预测风机叶片受力分布方面，CFD与BEM结果差异较小。CHOI N K[53]对三台串列布置的2 MW风机进行稳态模拟，得出了风机间距对下游风机尾流亏损的影响趋势，该研究成果可为大型海上风场微观选址提供理论依据。KALVIG S[54]通过不同模拟软件及湍流模型验证了全尺度风机模拟在预测风机受力及尾流场特性方面，精度远高于风机制动盘或制动线模型。LEE M H[55]对小尺度水平轴风机进行CFD模拟研究，模拟得出的风机Cp-λ曲线与实验值吻合度较高，证明了稳态模拟方法在预测风机输出功率方面具有较高的准确性。TRAN T T[9]利用STAR-CCM+软件对N R EL 5 MW漂浮式风机横荡运动运行了数值瞬态模拟，研究显示风机非定常气动推力和动力随振荡频率和振幅的变化而有较大的变化，同时旋转叶片上的压力分布会根据风机横荡运动方向敏感变化。STERGIAN-N IS N[56]利用制动盘模型结合k-ε和k-ω两种湍流模型对风机后方尾流场进行了分析，发现这两种湍流模型下制动盘模型均存在低估风机后方尾流损失的情况。说明了制动盘模型虽然耗时短，但在流场预测方面的精准度要远低于风机真实几何模拟。DOSE B[24]利用开源软件Open FOAM和内部结构求解器Beam FOAM，对NREL 5 MW风机进行流固耦合分析，风机叶片不再被作为刚体，而是当做柔性体，同时研究了风机的气动性能和气弹性能。由于是瞬态模拟，计算耗时很大，流固耦合过程中流体仿真计算时间远大于结构计算时间。ZHANG Yin[10]对半潜式海上风机进行全耦合动力分析，重点研究了风浪联合激励条件下，半潜式风机的受力情况，结果显示非稳态模拟结果与FAST软件（BEM方法）结果吻合度较高。由于模型网格量巨大（22 millions）且为瞬态模拟，因此模拟十分耗时，整个模拟利用66核CPU共花费约20 d。Q IAN Yaoru[57]采用了RANS和DES方法分析了MEXICO叶轮偏航非正对来风情况下的气动性能，数据显示风机偏航角度对叶轮力矩和推力具有较大的影响，DES模拟结果与风洞试验数据吻合较好。SEDANO C A[44]应用DDES (Delayed Detached Eddy Simulation）和IDDES(Improved Delayed Detached Eddy Simulation）方法对水平轴风机进行瞬态模拟，模拟结果显示IDDES计算值与实验值较相似，且两种方法的时间消耗大致相同。