可再生能源对于减少化石燃料产生的二氧化碳排放至关重要，是迈向可持续能源社会的关键一步。作为当今应用最广泛的可再生能源，风能不仅清洁、可再生，而且相对具有成本效益。为了进一步提高其在全球范围内的采用率，需要应用 CAE 技术降低其能源生产成本并提高其可靠性。
H2O Turbines Ltd 是英国涡轮增压风力发电机技术专家。该公司已经建造了一个创新的3KW家用涡轮机，该涡轮机使用专利技术将风能转化为热能和电能（图 1）。该涡轮机足够小，无需规划许可即可安装在后花园中，并将旋转运动能量转换为储存的热能。简单来说，当风吹来时，涡轮机的顶部开始旋转，旋转轴进入涡轮机的底部进行运转。涡轮机不使用电气元件，在运行和发电过程中不燃烧碳，也不使用贵金属。为了提供更多的清洁热能，这项技术的升级及推广计划正在有序进行中。英国的 DOCAN 是一家先进的工程咨询和 CAE 软件分销公司，一直为H2O Turbines 提供工程支持，支持原型开发和 FEED（前端工程设计）项目。他们一直使用海克斯康的软件和技术支持这种创新的新型可再生能源系统的开发。
海克斯康于 2018 年收购BRICSCAD，用于生成新型涡轮系统的 2D 和 3D 几何并提供 3D 可视化。
将 MSC Apex 应用于几何形状处理，以便对叶片结构的不同配置进行快速的结构研究。通过中性面提取、网格划分和运行分析，可在几分钟内完成固有频率分析（图 2 和 3）。这一部分对于设计很重要，避免在风载和运行下激发固有频率。
图 2：使用 MSC Apex 进行几何清理
图 3：固有频率分析
事实上，H2O 涡轮机将风能转化为机械能，然后再转化为热能。
为了将能量从涡轮机传输到加热系统，将使用大型行星齿轮系统。
因此，不仅需要正确设计和确定齿轮组件的尺寸，还需要确定可以传递到加热系统的机械能。
能量传递和系统动力学分析在Adams中完成（图 4 和图 5）。
作为 FEED 过程的一部分，需要考虑涡轮机的所有主要方面。使用 Adams AdWiMo，可以考虑涡轮机设计的每个主要方面，包括塔架、叶片、轮毂、主机架、变速箱壳体、轴承、传动装置、控制装置、空气动力和离心力，科氏加速度、陀螺效应、力矩、点载荷、重力、热载荷和来自第三方的波浪载荷。AdWiMo 是Adams 的风力涡轮机插件，能够组装完整的风力涡轮机，并对其进行参数化，可以模拟单个或多个风场。Adams 是使用最广泛的多体动力学仿真软件，具有与 CAD、有限元软件和第三方产品的众多接口。这使得 Adams 和 AdWiMo 成为企业工程流程的理想平台。AdWiMo 用户也可以访问 Adams 的所有功能（图 6）。
对于线性 FEA 结构仿真，MSC Nastran 为 H2O 涡轮机提供复杂的多学科结构分析解决方案，包括振动和转子动力学在内的静态、动态和热仿真方案。在非线性方面，Marc求解器能够在全局和局部进行复杂的非线性分析，包括极端非线性事件和接触。例如，涡轮机在典型的“UK 风”作用下（图 7），需要评估全局塑性坍塌。
图 7：涡轮叶片的典型应力分析
（来自韩国航空航天大学）
DOCAN 还使用海克斯康的 CAEfatigue 分析低周和高周疲劳问题（例如叶片颤振和涡振），以确保设计满足所需的使用寿命。CAEfatigue 擅长计算涡轮机由于风不可预测性引起的随机输入和输出。
“非常需要发明和创新，尤其是在气候变化和宝贵的地球资源枯竭的情况下。目前没有不燃烧碳或不需要电力来运行的热量供应商。我们的运营 100% 无碳，我们的燃料（风能）也是无碳的”， H2O 的研发总监兼联合创始人 Clifford Spilsbury 说，“凭借 DOCAN 团队的工程专业知识，及其背后的由海克斯康提供的世界领先的CAD 和 CAE 工具，我们坚信我们将成功地将这一创新的可再生能源系统推向市场，改变社会产生热量的方式，并为我们在 2050 年实现地球碳中和的目标做出贡献。”
最后，强大的 CFD 和热-流分析还可以涵盖许多风力涡轮机问题，例如潜在的气动弹性颤振、叶片的空气动力学和专业泵的设计（图 8 和 9）。此外，Cradle CFD 可以与其他产品（例如 Actran）结合使用，以预测来自涡轮叶片的气动噪声。由于涡轮机将安装在住宅区的后院，因此最大限度地降低气动噪声对产品的成功至关重要。
图 9：叶片上的压力分布（侧视图）
当前暂无评论，小编等你评论哦！
![ANSYS/ABAQUS使用(带孔平板拉伸实例)[初识有限元CAE分析]](https://img.jishulink.com/cimage/0c683776c596fd2f7dde46fd773a666b_cdn.jpg?image_process=resize,fw_576,fh_320,)
