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案例5：垂直轴潮流能水轮机

案例5：垂直轴潮流能水轮机

1. 案例介绍

垂直轴潮流能水轮机（图5-1）是一种典型的潮流能转换装置。本实例采用ANSYS-Fluent对垂直轴潮流能水轮机进行三维模型构建、网格划分及数值求解等，监测及记录转速与转矩，得到水轮机周围流场并对其进行可视化处理。

图5-1 垂直轴潮流能水轮机示意图

2. 案例学习目标

（1）了解垂直轴潮流能水轮机发电装置的工作原理；

（2）了解计算流体力学求解的基本方法与流程；

（3）掌握垂直轴潮流能水轮机流场模型及网格划分的方法；

（4）掌握湍流模型的设置方法以及数值模拟的求解步骤；

（5） 掌握数据处理与可视化处理方法，实现水轮机周围流场的模拟与预测。

3. 案例基本内容

（1）模型构建与网格划分

基于ANSYS-ICEM CFD构建水轮机流场模型，并进行网格划分。

（2）计算求解设置

竖轴水轮机的求解强烈依赖边界层流场的计算求解，因此边界层网格尺寸设置和湍流模型的设置尤其重要。此外还包括滑移网格、边界条件、离散格式等求解器设置。详细步骤可见本案例配套出版的图书教程。

（3）后处理

根据计算过程中监测及保存的关键物理参量，可计算水轮机转速、转矩等性能指标。此外，还可通过后处理展现流速与压强分布等信息，有助于进一步理解水轮机能量转化机理。

图5-2 垂直轴潮流能水轮机流场分布

4. 案例小结与案例应用效果

本案例介绍了利用ANSYS-Fluent开展水轮机数值模拟的计算步骤，包括模型流域的构建、网格划分、计算设置以及后处理等，使学生掌握了先进科研工具的使用方法，能够拓宽学生的知识面，培养学生将所学的海洋能专业理论活学活用。

垂直轴潮流能水轮机案例下载(提取码1234)