CFD技术在风电行业中应用广泛，尤其在风资源评估、风电场布局优化、风机气动性能分析等方面发挥着关键作用。风力机桨叶设计领域中，CFD更是提升效率、可靠性和经济性的核心技术工具。

DIMAXER软件依托灵活多样的网格方案、多尺度、瞬态的高精度LES算法，可有力支撑风机翼型气动性能开发中的多项实际工程需求——涵盖气动载荷分析、结构失效风险评估、阵风激励下的动态失速解析，以及叶片降噪研究等。

本案例聚焦DTU 10MW级风电桨叶，使用DIMAXER软件分析不同风速工况下桨叶的气动性能，对机组功率、机组拉力、叶片尾迹、吸力侧分离等关键特性做出精准预测。

01 网格方案

• 壁面及近壁面高效处理

使用DIMAXER Quad Remesher功能为模型划分计算网格，可以按照用户定义的加密和网格数量，快速地将基础模型的网格（stl网格）重构为更规整的四边形面单元。实操演示如下：

本案例中，对桨叶近壁面单元进行了加密，法向厚度分布基于特定工况进行了调整，目标Y+值为50。

• 重叠网格＋体单元：复杂部件智能处理

Rotor（转子）部分体单元

使用DIMAXER Overset重叠网格方案处理转子体网格，可自动生成八叉树单元填充桨叶与转子内壁间的空间并实现单元重叠。对于尺度跨度较大或流动现象较为复杂的区域进行适当加密。

除内置的基础几何加密区外，DIMAXER也支持用户导入封闭stl数据，作为重点加密区域，进一步提高计算资源的利用率。

Stator（定子）部分体单元

同样采用重叠网格的方法快速构建Stator（定子）网格。使用八叉树单元，由柱形交界区域快速过渡到远场大单元，在交界处通过“Interface”功能同步两个区域的流场信息。

最终生成转子体单元总数46万，定子体单元总数45万，近壁面单元到远场单元尺度跨越近四个数量级，既兼顾了关键区域的计算准度，又极大地节省了计算资源。四阶精度计算时，合计求解点约6千万。

02 计算工况

案例基于风机叶型STL网格数据开展仿真，扇叶由三支0度桨角叶片以及轮毂整流罩构成，使用DIMAXER软件对桨叶在以下三个典型无变桨角转速工况下的阻力矩功率及轴向拉力进行预测。各工况均采用2xNVIDIA RTX4090显卡计算。工况一：来流速度11.0m/s，转速8.836rpm，桨叶角为0°工况二：来流速度9.0m/s，转速7.229rpm，桨叶角为0°工况三：来流速度7.0m/s，转速6.000rpm，桨叶角为0°

03 计算结果

1. 气动力预测结果

统计各工况数据如下表所示：

各计算均使用无穷远自由来流速度进行全场均匀初始化，各工况下桨叶旋转一周的计算耗时约为30小时。采用桨叶旋转1/3周的窗口对阻力矩平均功率进行观测，以文献数据为参考，当该窗宽度下的倒序均值的无量纲波动量<5e-3时停止计算。

由于网格、算法以及计算硬件的差异，不同软件工作流获得的风功率和拉力会存在一定差异。当前案例中，DIMAXER对于三种工况的预测与文献数据接近且表现出很好的线性相关特性，可为叶型优化设计提供可靠参考。

2. 流场云图

以工况二为例：

观测桨盘平面内壁面运动情况与流速数据(z250mm截面)。得益于DIMAXER的高阶算法，在近壁面网格数量较低的情况下，依然能捕捉叶尖及叶片后缘的速度脉动细节。

观察桨叶在特定展长位置(如50%及90%展长)位置柱状截面的速度幅值和压力情况，能帮助工程师掌握桨叶关键区域的工作状态，同时也可以考察柱面法向压力梯度和速度幅值，评估叶片扭转对于径向流动的影响，在设计初期获得更为准确的预测。

50%及90%展向位置截面速度幅值

50%及90%展向位置截面压力

对桨叶下游区域的速度和压力场进行观测，可以明显观测到在桨叶启动后，叶尖的流动结构受来流推动向下游运动，且其与桨叶的相对位置和幅值基本保持稳定。

桨叶下游区域的速度场

桨叶下游区域的压力场

DIMAXER算法具备线性加速比优势，在处理大规模风电机集群计算时，计算效率与单机组计算相当，可以助力设计人员深入研究不同风场条件下，机型下游风场的演变及机组上下游能量损失规律，为风场多机组布局、机组间相互影响分析提供可靠的精细量化依据。