ANSYS-CFX联合计算法验证垂直轴潮流能水轮机单向流固耦合效果

本文主要探讨了潮流能水轮机单向流固耦合计算方法，特别是在垂直轴潮流能水轮机（Vertical Axis Tidal Current Turbine, VATC）的设计和分析过程中，利用ANSYS和CFX软件实现的创新技术。论文由荆丰梅、肖钢和熊志民三位作者合作完成，他们在哈尔滨工程大学船舶工程学院深海工程研究中心、中海油研究总院和中国农业机械化科学研究院呼和浩特分院共同研究。 在该研究中，作者采用了一种关键的计算策略，即通过二维CFX软件进行流体动力学（Fluid Dynamics）模拟，得到精确的流体流动特性。这些流体计算结果被转化为作用于水轮机的载荷，特别是主轴区域的压力分布。这些载荷随后被应用到结构有限元模型中，用于计算水轮机在工作状态下主轴的应变响应。这种单向流固耦合计算方法确保了流体动力学效应与结构力学之间的有效交互，使得工程师能够在叶片小变形的条件下，准确预测和评估结构的动态响应和承受能力。 通过与实际实验数据的对比，结果显示这种方法具有较高的精度，计算结果与实验吻合良好。这证明了该计算方法对于潮流能水轮机的结构强度分析和设计校核具有显著的价值。在潮流能发电设备的开发和优化中，这种技术有助于减少试验成本，提高设计效率，并确保设备在实际运行中的安全性和可靠性。 本文的关键术语包括垂直轴水轮机、流固耦合、模型实验以及有限元分析，它们构成了整个研究的基础理论框架和技术手段。该研究成果不仅对潮流能领域的工程师具有指导意义，也对于推进相关数值仿真技术在能源转换设备中的应用具有推动作用。这项工作为理解和优化潮流能水轮机的性能提供了一种强大的工具，有助于提升潮汐能作为一种可再生能源的利用效率和经济性。