Верификация программного пакета ANSYS Fluent при исследовании аэродинамических характеристик ветроколеса Савониуса

Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов


Авторы

Глазков В. С. 1*, Игнаткин Ю. М. 2**

1. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, 125993, Россия
2. Кафедра 102 «Проектирование вертолётов» Института № 1 «Авиационная техника»,

*e-mail: gvs29@ya.ru
**e-mail: k102@mai.ru

Аннотация

В работе представлены результаты расчетов аэродинамических характеристик ротора Савониуса S-типа, выполненные методом численного моделирования гидродинамических процессов (Computational Fluid Dynamics – CFD) в программном пакете ANSYS Fluent. Применен решатель 6DOF и смоделирована задача о раскручивании ветроколеса от состояния покоя до выхода на рабочие обороты под действием набегающего потока различной скорости. Проведено сравнение полученных значений коэффициентов статического и динамического момента, значений КПД ветроколеса и показано удовлетворительное совпадение с экспериментальными данными на различных режимах работы ветряка. Получены результаты расчетов поперечной силы, возникающей при вращении ветроколеса S-типа в диапазоне скоростей набегающего потока V=6..7,5 м/с, необходимые для дальнейшего прочностного анализа в случае установки ветряка на несущие конструкции тихоходных летательных аппаратов в качестве аварийного источника энергии.

Ключевые слова

ротор Савониуса, метод CFD, аэродинамические характеристики, верификация

Библиографический список

  1. Бубенчиков А.А., Сикорский С.П., Терещенко Н.А., Ковалев Г.А., Чечулин В.Д. Целесообразность применения ветроэнергетических установок малой мощности с вертикальной осью вращения в Омском регионе // Молодой ученый. 2016. № 22. Часть 3. С. 22 – 25.

  2. Игнаткин Ю.М., Константинов С.Г. Исследование аэродинамических характеристик профиля и законцовок лопасти несущего винта вертолета методами CFD // Труды МАИ. 2012. № 57. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=30874

  3. Исследование аэродинамических характеристик несущего винта вертолёта методом CFD // Труды МАИ. 2012. № 57. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=30875

  4. Коркодинов Я.А. Обзор семейства k-e моделей для моделирования турбулентности // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение. Материаловедение. 2013. Т. 15. № 2. С. 5 – 16.

  5. Кривцов В.С., Олейников А.М., Яковлев А.И. Неисчерпаемая энергия. Кн. 2. Ветроэнергетика: учебник. – Харьков: Национальный аэрокосмический университет, 2004. – 519 с.

  6. Моди Фернандо. Характеристики ветродвигателя Савониуса // Современное машиностроение. 1989. № 10. С. 139 – 148.

  7. Перспективы мировой ветроэнергетики, GWEC, cентябрь 2006. URL: http://docplayer.ru/30294028-Perspektivy-mirovoy-vetroenergetiki.html

  8. Редчиц Д.А. Численное моделирование нестационарных турбулентных отрывных течений при обтекании ротора Савониуса // Авиационно-космическая техника и технология. 2008. № 5 (52). С. 53 – 57.

  9. Сизов Д.А. Развитие и применение метода дискретных вихрей в задачах аэродинамики и динамики ротора Савониуса: Дисс....канд. техн.наук. – Казань: 2013. – 153 с.

  10. Ша М., Агульник А.Б., Яковлев А.А. Анализ результатов математического моделирования натекания дозвукового потока на профили лопаток в двухмерной постановке // Труды МАИ. 2017. № 93. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=80297

  11. ANSYS Meshing Users Guide. ANSYS Inc. Southpointe 275 Technology Drive Canonsburg, PA 15317, 2013. URL: http://www.ansys.com

  12. ANSYS FLUENT 6.3. Theory Manual. Fluent Inc. Central Source Park, 10 Cavendish Court, Lebanon, NH 03766, USA, 2005. URL: http://www.Fluent.com

  13. Cottier F., Menet J-L. Etude paramétrique du comportement aérodynamiqued’une éolienne lente à axe vertical de type Savonius, Université de Valenciennes, Le Mont Houy, F-59313 Valenciennes, Cedex 9.

  14. Blackwell B.F., Sheldahl R.E., Feltz L.V. Wind tunnel performance data for two– and three – bucket Savonius Rotors, Sandia National Laboratories, 1976, SAND76-0131.

  15. Chauvin A., Benghrib D. Drag and lift coefficients evolution of a Savonius rotor // Experiments in Fluids, 1989, no. 8, pp. 118 – 120.

  16. Fujisawa N. Velocity measurements and numerical calculations of flow fields in and around Savonius rotors // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 1996, no. 59, pp. 39 – 50.

  17. Fujisawa N., Ogawa Y., Shirai H. Power augmentation measurement and flow field visualisation for coupled Savonius rotors // Wind Engineering, 1988, no. 12(6), pp. 322 – 331.

  18. Jost Seifert. A review of the Magnus effect in aeronautics // Progress in Aerospace Sciences, 2012, vol. 55, pp. 17 – 45.

  19. Kamoji M.A., Kedare S.B., Prabhu S.V. Experimental investigations on single stage modified Savonius rotor // Applied Energy, 2009, vol. 86, pp. 1064 – 1073.

  20. Ushiyama I., Nagai H. Optimum design configurations and performances of Savonius rotors // Wind Engineering, 1988, no. 12 (1), pp. 59 – 75.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2021

Вход