左露洁, 张 幔, 赵 博, 刘冬阳, 张蓓蓓

(中南大学 能源科学与工程学院,湖南 长沙 410083)

0 引言

我们此前提出了一种大桥风力-压电混合发电装置的设计，即利用桥洞处的风力推动挂载的风力发电机组叶片产生电力；同时添加压电储能模块作为对于风力发电系统输出的一种补充[1]。本文通过ANSYS仿真模拟以及实验验证这种混合发电装置设计的可行性，以实现节能减排，提高资源利用率。

1 风力发电

1.1 利用ANSYS软件对桥洞流场进行仿真模拟

为了证明设计装置的通用性，我们利用ANSYS软件对于桥洞处的流场进行了仿真模拟[2]。图1为在SolidWorks中建立的双曲拱桥三维模型图。

图1 双曲拱桥的三维模型

但在模拟分析中，我们简化了模型并进行合理的假设：江面的风以3.4～5.4 m/s(三级)的风速沿垂直于桥洞的方向吹来，温度为300 K，出口为自由出口。导入在Solid Works中绘制好的桥洞附近流场的几何数据文件，并在ANSYS Space Claim几何建模平台中做适当修改。划分好网格后的模型示意图如图2所示。

图2 划分网格之后的模型图

创建基于Fluent求解器的流体分析环境，对几何体各个端面进行命名，更新网格并设置计算维度、精度及处理器数量，同时检查最小体积是否出现负数，以免计算出现错误。根据流体的流动特性，结合大桥桥洞处空气流动的具体情况，选择相应的流体动力学分析模型进行模拟。设置几何属性时，将穿过桥洞的流体设置为空气，边界设置为水面及固体壁面。经过多次在橘子洲实地测量，设定江面风速为5 m/s，将迭代次数设定为500次，以便求得较为精确的理论结果。……