基于CFD方法的竖轴叶轮性能模拟及翼型优化的开题报告

基于CFD方法的竖轴叶轮性能模拟及翼型优化的开
题报告
1. 研究背景和意义
竖轴叶轮是一种新型的风能发电设备，与传统的水平轴叶轮相比，
具有结构简单、工作可靠、低风速启动等优点，适用于城市和山区的小
型风力发电。

但是竖轴叶轮设计复杂，效率低下，容易受到风向和风速
变化的影响。

因此，如何提高竖轴叶轮的性能，实现能量的最大化利用，成为目前研究的热点之一。

CFD方法能够利用计算流体力学模拟流体的
运动和变化，可以对竖轴叶轮的性能进行模拟和优化。

2. 研究内容和方法
本文拟采用CFD方法对竖轴叶轮的流场进行模拟，利用商用软件ANSYS Fluent进行数值模拟，通过对竖轴叶轮的翼型和叶片的结构进行
优化，以提高竖轴叶轮的效率和能量输出。

具体研究内容和方法如下：
（1）建立竖轴叶轮的三维模型，包括叶片、驱动轴等组成部分；
（2）确定边界条件和物理参数，建立数值模型；
（3）对竖轴叶轮的流场进行数值模拟，得到竖轴叶轮的性能参数，如功率输出、扭矩、效率等指标；
（4）对竖轴叶轮的翼型进行优化，采用改变叶片的厚度、弯曲度等参数，以提高竖轴叶轮的效率；
（5）对竖轴叶轮的叶片结构进行优化，采用改变叶片宽度、长度、角度等参数，以提高竖轴叶轮的效率和稳定性；
（6）通过对竖轴叶轮的数值模拟和优化，得到其最佳的设计参数，提高竖轴叶轮的性能和能量输出。

3. 预期成果
本研究旨在利用CFD方法对竖轴叶轮的性能进行模拟和优化，预期研究成果如下：
（1）建立竖轴叶轮的三维模型和数值模型，对竖轴叶轮的流场进行了分析和研究；
（2）对竖轴叶轮的翼型和叶片结构进行了优化，提高了叶轮的效率和能量输出；
（3）通过对竖轴叶轮的数值模拟和优化，得到其最佳的设计参数，提高竖轴叶轮的性能和能量输出。

4. 研究难点和解决方案
本文研究难点主要有两个方面：
（1）竖轴叶轮的结构复杂，需要建立精细的三维模型和数值模型，同时对物理参数和边界条件进行合理确定，并进行有效的计算和分析。

解决方案：本文将采用ANSYS Fluent商用软件进行数值模拟，并利用现有的竖轴叶轮的三维模型进行建模，通过对模型的优化和分析，得到最优的设计方案。

（2）竖轴叶轮的流场复杂，受到风向、风速、气压等多种因素的影响，如何提高计算精度、准确反映叶轮的运动规律，是本文研究的另一个难点。

解决方案：本文将采用CFD方法进行数值模拟，利用ANSYS Fluent 的计算模块对流动的运动、压力分布、湍流流场等进行模拟和分析，并进行数值求解和误差分析，提高模拟精度和准确度。

5. 结论和展望
本文旨在利用CFD方法对竖轴叶轮的性能进行模拟和优化，提高竖轴叶轮的效率和能量输出，为新型风能发电设备在城市和山区的推广提供理论和实践支持。

通过对竖轴叶轮的翼型和叶片结构进行优化，提高叶轮的性能，为竖轴叶轮的设计和制造提供参考。

展望未来，本文研究
可以进一步探索竖轴叶轮的运动规律和流场特性，在吸取传统水平轴叶轮的优点和经验的基础上，创新设计更加高效、稳定的竖轴叶轮，为新能源的发展贡献力量。