Глава 2.

Для моделирования аэродинамических нагрузок необходима 3Dмодель лопасти. Построение лопасти каждый раз для расчета новой конфигурации требует много времени, а также наличия навыков в работе сCADсистемой.

Для облегчения этой задачи разработано ПО позволяющее строить в пакете SolidWorks3Dмодель лопасти ветроколеса по основным параметрам, не требующее от пользователя навыков работы сSolidWorks. Данное ПО представляет собой макрос написанный на языкеVisualBasic.

Для построения модели необходимо запустить приложение SolidWorksи выбрать создание новой детали.

Рисунок 2.1 - Создание новой детали

Затем выбрать пункт Выполнить в менюИнструменты->Макрос. В появившемся диалоговом окне указать необходимый макрос. На рисунке 2.2 изображено диалоговое окно выбора макроса.

Рисунок 2.2 - Создание новой детали

После запуска макроса появляется окно ввода параметров. На рисунке 2.3 изображено диалоговое окно вода параметров.

Рисунок 2.3 - Форма с компонентами

Форма имеет простой интуитивно - понятный интерфейс. На ней располагаются шесть элементов TextBoxдля ввода размеров лопасти ветроколеса, а также объектыImageиLabelподсказывающие какой именно параметр мы вводим. Кроме того, имеются три кнопки CommandButton, позволяющие в зависимости от желания пользователя, ввести данные для построения модели, сбросить все введенные данные, или же отменить ввод и тем самым завершить работу макроса.

После нажатия кнопки “Ввод” по заданным размерам строится модель лопасти ветроколеса.

При построении модели используется метод “По сечениям”. Сначала строятся 9 вспомогательных плоскостей параллельных плоскости “Спереди”. Расстояние до плоскостей определяется из значения длины лопасти. Для создания плоскостей используется функция CreatePlaneAtOffset3, которая создаёт вспомогательную плоскость на заданном расстоянии от исходной. Для этого указывается исходная плоскость, в нашем случае это плоскость “Спереди” и значение расстояния на котором необходимо создать нужную вспомогательную плоскость. Результат операции представлен на рисунке 2.4.

Далее в каждой из плоскостей нам необходимо построить эскиз сечения плоскости. Построение начинается с плоскости “Спереди”. Эскиз состоит из двух элементов: двух дуг и одного неполного эллипса.

Сначала строятся дуги, для этого используется элемент Create3PointArc, который строит дугу по трём точкам. Координаты точек высчитываются из введенных величин толщины, длины, высоты, а также радиуса профиля. После чего с помощью функции CreateEllipseVB строится неполный эллипс по координатам центра совпадающего с началом координат, осей высчитываемых из значений толщины и “радиуса2” и точек начала и конца совпадающих с концами дуг. Эскиз представлен на рисунке 2.5.

Рисунок 2.4 - Вспомогательные плоскости

Рисунок 2.5 - Основной эскиз

Глава 3.

Для моделирования аэродинамических нагрузок создадим лопасть со следующими размерами:

• длина и ширина – 1500 мм;

• высота - 350 мм;

• толщина – 100 мм;

• радиус края лопасти - 150 мм;

• радиус лопасти – 2000 мм;

• угол атаки – 7 °

Также будет необходимым указать значения воздушных потоков. В наем случае их будет 2:

• основной - ветер со скоростью 5 м/с (среднее значение скорости ветра на высоте от 15 до 20 метров во многих регионах Росси);

• второй – конвекционные потоки, поднимающиеся от земли 2 м/с

Результатами расчетов будут значения давления и силы воздушных потоков.

3.1 Задание условий

Для моделирования процесса обтекания лопасти ветроколеса воздушным потоком используется COSMOSFloWorksкоторый подключается модулем к приложениюSolidWorks, и позволяет моделировать течение газов и жидкостей. Благодаря интеграции сSolidWorksмодель не нужно экспортировать в другие пакеты.

Для создания нового расчета запускаем мастер новых проектов. Далее следуя указаниям мастера, указываем необходимые параметры расчёта. На рисунке 3.1 показано окно мастера новых проектов.

Рисунок 3.1 - Окно мастера новых проектов

Далее необходимо задать граничные условия. Для задания граничных условий нужно выбрать элемент BoundaryConditionв Дереве анализа, далее в контекстном меню выбираемInsertBoundaryCondition(окно можно вызвать с помощью главного менюFloWorks->Insert->BoundaryCondition). Выбираем параметрInletVelocity. Выбираем поверхности, задающей граничные условия, щелкаем левой кнопкой мыши на грань плоскости, из которой должны выходить воздушные потоки. На рисунке 3.2 показано окно выбора граничных условий.

Далее на вкладке Settingsи задаём уровень скорости 5 м/с. Задание скорости воздушного потока показано на рисунке 3.3.

Так как проектируемое ветроколесо дополнительно использует восходящие воздушные потоки то создаем еще одно граничное условие аналогичное первому и задаём уровень скорости 2 м/с

Рисунок 3.2 - Выбор граничных условий

Рисунок 3.3 – Задание скорости воздушного потока

Далее зададим поверхностные цели (это физический параметр, рассчитываемый на заданной пользователем поверхности) проекта пункт главного меню FloWorks->Insert->SurfaceGoal. Выбираем все поверхности составляющие лопасть (Рисунок). Далее указываем параметры, которые необходимо рассчитать (StaticPressure,TotalPressure,Force,NormalForce), выбирая среднее значение (Av). На рисунке 3.2 показано окно задания параметров расчета.

Рисунок 3.4 – Окно задания параметров расчетов

Для начала расчёта выберем FloWorks->Solve->Run. Длительность расчетов зависит от размеров лопасти, а также от количество элементов сетки (параметрcellsв окне расчёта). Чем меньшее число элементов, тем быстрее произведётся расчёт. Но точность при этом будет меньше.

Проводим расчет давления и силы 2 воздушных потоков на лопасть ветроколеса. Первый (моделирующий ветер) направляем спереди, а затем повторяем расчеты, вращая лопасть с шагом 10 °, второй поток (моделирующий восходящие потоки) всегда направляем снизу