光伏产品组件不同结构形式风阻力/升力分析报告

一、有限元方法介绍

有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。

有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。

  CFD商业软件FLUENT，是通用CFD软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转换与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。

二、组件结构介绍

本项目采用fluent软件对组件不同结构形式下的风阻力和升力进行分析计算，力求得到的风阻力/升力与组件结构形式之间的关系。

1.       组件结构具体尺寸如下图所示：

2.       边界条件定义

•          风场按照15级风，风速51m/s计算

•          风场域取组件最大尺寸10倍定义

三、仿真模型介绍

将三种组件结构带风场域模型导入到流场分析软件中，如下图所示 ：

晶硅风场模型

S型风场模型

椭圆型风场模型

分别对风场域空间各部分进行定义并进行网格划分，沿着X轴正方形为顺风状态，分别定义inlet和outlet面，结构组件定义为plate面，其余四个面定义为wall面，同时进行网格尺寸定义，其中inlet/outlet/wall面局部尺寸定义为0.1mm，plate面网格尺寸定义为0.05mm，网格整体尺寸定义为1mm，进行网格划分工作，三个模型网格数量分别为1715078/1720909/1896418

FLUENT软件中进行边界条件定义：

1.     定义空气材料参数

2.     定义风速等输入条件

3.     输出风阻力/升力

4.     求解计算

5.     结果处理

通过迭代计算，得到三种不同形状组件的阻力和升力如下表：

下图为椭球形结构所受的风阻力计算曲线

下图为椭球形结构所受的风升力计算曲线

四：结论

    从fluent软件流场仿真分析结果看，在风阻力和升力两项指标上看，椭球方案最优，S形方案次之，晶硅方案最次。