【研究前沿】生物瓣膜主动脉瓣膜后血流过渡至湍流的不稳定性机制研究

这篇文章是2024年发表在《Journal of Physics: Conference Series》。 这篇文章介绍了一项研究，该研究使用格子玻尔兹曼方法（LBM）对多转子系统中的增强型风力涡轮机（DAWT）进行了计算流体动力学（CFD）模拟。研究发现，通过优化扩散器间隙，可以显著提高多转子系统的发电效率，平均功率增益超过10%。该研究不仅验证了LBM在模拟多转子DAWT系统方面的准确性和效率，还为风力发电技术的进一步发展提供了有价值的见解和设计参考。 研究背景 风力发电作为一种清洁能源，在能源结构转型中扮演着重要角色。增强型风力涡轮机（DAWT）通过在涡轮机周围增加扩散器来提高风速，从而增加发电效率。然而，扩散器的风阻限制了其规模化发展。为了克服这一难题，研究者提出了多转子系统的概念，即在同一结构上集成多个风力涡轮机，以期望提高整体的风力发电效率。然而，多转子系统的CFD模拟需要高分辨率网格，导致计算成本显著增加。因此，该研究旨在探索一种高效的模拟方法，以评估大规模多转子DAWT系统的性能。研究方法 该研究采用了格子玻尔兹曼方法（LBM），这是一种适用于大规模CFD模拟的计算方法，能够有效降低计算成本。LBM通过模拟流体粒子的统计行为，避免了求解压力泊松方程的迭代过程，从而实现快速的流体模拟。在模拟中，风力涡轮机采用动线模型表示，而扩散器则作为壁面边界处理。此外，研究中还引入了局部网格细化方法，以在转子和扩散器附近提供更高分辨率的网格，进一步提高模拟的准确性和效率。研究内容 研究内容包括对单个DAWT和由五个DAWT组成的多转子系统的模拟。模拟条件基于风洞实验设置，包括统一的6米/秒风速和特定的转子转速。研究重点在于评估扩散器间隙对系统性能的影响，模拟了不同扩散器间隙比例（5%-25%的扩散器直径）下的多转子系统。通过模拟，研究者分析了尾流速度、压力分布、功率增益和阻力系数等关键性能指标。研究结果 模拟结果显示，与风洞实验和通用CFD方法的结果相比，LBM方法得到的尾流速度和压力分布趋势一致，验证了所提出模拟方法的准确性。特别是当扩散器间隙为20%和25%时，每个DAWT的功率增益显著，五个DAWT的平均功率增益超过10%。此外，模拟还发现，随着扩散器间隙的增大，系统的整体性能有所提高，但阻力也随之增加。这些发现证实了LBM方法在评估多转子系统水动力特性方面的有效性，并为未来风力发电技术的发展提供了有价值的见解。 来源：CFD饭圈