ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧЕТЫРЕХЛОПАСТНОЙ ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВОЙ ВЕТРОВОЙ ТУРБИНЫ САВОНИУСА

Аннотация

В данной статье представлено всестороннее численное исследование четырёхлопастной вертикально-осевой ветротурбины типа Савониуса (VAWT) в среде ANSYS CFX. Целью исследования являлась численная оценка переходной аэродинамики, характеристик момента и коэффициента мощности (Cp) в хорошо контролируемых расчётных условиях, а также систематизация лучших практик из современной литературы, связанных с высокоточной и вычислительно экономичной моделью. Моделирование включало вращающийся роторный домен, встроенный в стационарный статорный домен, с использованием интерфейса пересчёта системы координат Transient Rotor–Stator (TRS). Скорость входного потока составляла 7 м/с, интенсивность турбулентности — 5%. Ротор вращался вокруг глобальной оси Z с угловой скоростью –90 рад/с. Для промышленных течений, ввиду устойчивости и совместимости с пристеночными функциями, применялась стандартная k–ε модель турбулентности с масштабируемыми пристеночными функциями. Генерация сетки выполнялась с использованием стратегии локального утонения (инфляции) вблизи поверхностей лопастей; было получено около 1,0 млн узлов и 5,8 млн элементов, при этом максимальная деформация элементов не превышала 0,8. Результаты показали периодические колебания давления и скорости на поверхности, отделение когерентных вихрей и взаимодействие следовых потоков. Качественные тенденции выявили улучшение равномерности передачи момента по сравнению с трёхлопастными конфигурациями, однако пиковое значение Cp оказалось несколько ниже; подобный компромисс ранее отмечался в литературе [1–3]. В исследовании были обобщены выборы моделей, процедуры верификации и методы обработки данных, что представлено в качестве воспроизводимого руководства для последующих оптимизационных исследований.