基于Fluent太阳能板风载荷分析

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摘 要：以湖面上太阳能板为研究对象，用Gambit构建出太阳能板风载荷分析的有限元模型，将模型导入fluent，设置分析类型和边界条件之后求解，得出了太阳能板周围空气速度云图和板件上的压强云图，根据压强云图分析了各板件所受载荷的特点。

关键词：太阳能板；风载荷；有限元分析；fluent

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.06.073

1 研究背景

一般太阳能板置于室外空旷的场所，并且表面积较大，需要专有的设备对其支护，为了设计出强度符合要求的太阳能板支架，就需要对太阳能板件上的风载荷进行分析。

2 模型引入

选取湖面上太阳能板进行风载荷分析，如图1所示，太阳板的长度为2米，板与板之间的间距为0.5米，板面与湖面的倾角为24度，计算太阳能板在8级大风下所受的载荷，风力约为17.2m/s-20.7m/s，取最大风速20.7m/s。

3 建立有限元模型

在Gambit中建立太阳能板风载荷计算的有限元模型，将板件上下端5米、左右端10米处设为空气流动区域。将模型的左右边界线设成与板面垂直，并以太阳能板两端为边界对风力吹袭区域分割成数个矩形区域，有限元模型如图2所示。将太阳能板的边线设为Wall，模型上下边界设为速度入口，右边界线为流量出口，然后导出mesh文件。

4 Fluent 分析

打开Fluent二维求解器，导入mesh文件，检查网格并查看网格信息，共有179600个网格单元，360340个面，180738个网格节点，设置模型材料为空气，采用标准的K-epsilon模型进行求解，设环境压强为101325Pa，忽略重力影响，设置速度入口为20.7m/s，进行求解，结果如图3、图4所示。

5 分析结果

由上图可以得出，在初始风速为20.7m/s的作用下，模型中风速最大值达到39.6m/s，第一块太阳能板附近风速约为15m/s，该板正面所受最大压强约为1300Pa，板件背面最大压强约为900Pa，出现在板的上边缘区域。中间板正面与背面所受压强维持在800Pa-1000Pa之间，第三块板所受压强在900Pa-1400Pa之间。

参考文献：

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[2]王瑞金，张凯，王刚.Fluent技术基础及应用实例[M].北京：清华大学出版社，2007：10-13.

[3]徐成，赵金城，郑洪有等.屋顶安装光伏太阳能板风荷载试验研究[J].石家庄铁道大学学报（自然科学版），2015，28（02）：62-66.

作者简介：陈凯旋（1992-），安徽蚌埠人，在读硕士研究生，研究方向：机械工程专业。