随着对风能需求的激增，设计出优化的风力涡轮机以获得最大的功率输出、稳定性和耐久性至关重要。CFD使工程师能够研究风力涡轮机设计的关键方面，例如在不同条件下分析涡轮机性能、预测海上风力涡轮机的风浪载荷，以及理解风电场中涡轮机的尾流如何影响下游涡轮机的功率产出和机械载荷。

CONVERGE包含许多特性和仿真能力，有助于克服与风力涡轮机模拟相关的挑战，包括完全自动的网格生成、经过广泛验证的优秀物理模型，以及在单一模拟中模拟许多复杂现象的能力。

激励线模型（ALM）

因为存在与旋转叶片相关的复杂流动、准确捕捉这种复杂流动所需的精细网格分辨率，以及时间和长度尺度上的巨大差异等难点，风力涡轮机的CFD模拟本质上代价是很高的。激励线模型（ALM）将三维叶片几何简化为一维线，显著加快了风力涡轮机模拟的速度，同时仍然准确地捕捉了必要的三维流动结构。CONVERGE的ALM模型包括先进的速度采样和力投影方法，进一步提高了其准确性和效率。ALM方法可以用于水平轴和垂直轴风力涡轮机，该模型已经对这两种情况都进行了完整的验证。

陆上风力涡轮机

从历史上看，风电场都建在地势相对平坦的地区。然而，最近，人们越来越有兴趣在城市地区，如公共城市广场或建筑屋顶上安装小型风力涡轮机，通常是垂直轴涡轮机。为了确定在城市地区放置风力涡轮机的最佳位置，就需要理解建筑物和其他障碍物如何影响气流模式，从而影响风力涡轮机的潜在功率输出。即使在农村地区，山丘、树木、建筑物和其他结构也会改变可能的风电场所在的流场。通过完全自动的网格生成，CONVERGE可以轻松地将这些障碍物纳入仿真中，并观察它们对流动模式和发电的影响。使用CONVERGE的固定网格嵌入功能，在感兴趣的障碍物周围包含一套精细的网格，并使用自适应网格细化（AMR）在模拟过程中自动添加和移除单元，以高效地解析重要的流动现象。

海上风力涡轮机

CONVERGE提供了一个完整的模拟海上风力涡轮机的解决方案，包括真实的风浪生成、多种将风浪场与ALM耦合的方法，以及高效模拟系泊缆绳的模型。通过这个方案，可以研究一些重要现象，比如不同风浪条件下的发电和海上风力涡轮机支撑结构的稳定性。

1.波浪和风场的模拟：为了研究海上风力涡轮机的风浪载荷，首先需要生成真实的风浪场。在CONVERGE中，波浪生成和合成湍流生成工具可以轻松模拟规则或不规则的三维波浪，并将真实的湍流引入风浪场中。由于风影响波浪的动力学，反之亦然，CONVERGE具有强大的体积流（VOF）建模能力，配备了多种界面捕捉方案，解决风浪相互作用。

2.浮动风力涡轮机：CONVERGE包括两种模拟波浪场与海上浮动风力涡轮机平台相互作用的方法：运动学方法和流固耦合建模。两种方法都可以与ALM相结合，在单个模拟中对系统进行整体研究。运动学方法根据波浪的形状来确定浮动风力涡轮机的运动，无需计算平台上的力，计算效率很高。对于更高精度的方法，CONVERGE提供了流固耦合（FSI）建模方法，通过CONVERGE的VOF模型解析的水动力载荷，并计算这些力如何影响风力涡轮机平台的运动。由于具有相似流体和固体密度的系统的FSI模拟可能会变得数值不稳定，CONVERGE提供了隐式FSI建模，增强了模拟浮动平台时求解器的稳定性。

3.系泊模型：在现实世界中，海上浮动风力涡轮机受到系泊缆绳的约束。CONVERGE中的系泊模型采用有限元方法高效计算系泊缆绳施加的力，然后在FSI模拟中使用。

4. 固定底部风力涡轮机：在浅水和中等水深中使用的固定底部风力涡轮机必须有能够承受显著波浪载荷的支持结构。CONVERGE的FSI建模允许你准确预测不同类型波浪施加的力，以确保支持结构的稳定性。