直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展和人類(lèi)認(rèn)識(shí)水平的不斷提高，風(fēng)力發(fā)電作為可再生能源被廣泛應(yīng)用。風(fēng)力機(jī)分為垂直軸與水平軸兩類(lèi)，與水平軸風(fēng)力機(jī)相比，垂直軸風(fēng)力機(jī)有它獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。兩者在設(shè)計(jì)方面雖然具有相同的理論基礎(chǔ)，但氣動(dòng)性能卻有很大的差異，垂直軸風(fēng)力機(jī)不能完全采用水平軸風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于如何提高垂直軸風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)性能，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行過(guò)多方面的研究，但作為垂直軸風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)理論和方法還不完備。因此，本課題針對(duì)直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)各種設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)氣動(dòng)性

2、能的影響、風(fēng)輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)、翼型和風(fēng)輪的數(shù)值模擬方法進(jìn)行探討，其主要內(nèi)容包括： 1．根據(jù)垂直軸風(fēng)力機(jī)相關(guān)理論模型，利用MATLAB編程計(jì)算垂直軸風(fēng)力機(jī)的功率系數(shù)并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比，并分析直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)的尖速比、風(fēng)輪實(shí)度（葉片數(shù)、葉片弦長(zhǎng)、風(fēng)輪直徑、風(fēng)輪高度）與功率和功率系數(shù)的關(guān)系； 2．根據(jù)風(fēng)場(chǎng)風(fēng)速的概率分布，以風(fēng)輪最大年吸收功率為目標(biāo)，基于Matlab軟件和遺傳算法進(jìn)行直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)； 3．

3、為了提高風(fēng)力機(jī)CFD模擬的計(jì)算精確度，特別是二維翼型的阻力系數(shù)計(jì)算精確度，本課題探討三種不同湍流計(jì)算模型、三種不同計(jì)算格式與六種不同網(wǎng)格在邊界層的分布對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型氣動(dòng)性能參數(shù)計(jì)算精度的影響； 4．為分析直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)流場(chǎng)特性，采用滑移網(wǎng)格技術(shù)模擬二維垂直軸風(fēng)力機(jī)的非定常流場(chǎng)，并與多流管理論模型所得的特定過(guò)流斷面分布規(guī)律進(jìn)行對(duì)比。同時(shí)，用滑移網(wǎng)格技術(shù)模擬了全三維的垂直軸風(fēng)力機(jī)的非定常流場(chǎng)，并與二維模擬流場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比，分析之間的異

4、同及其影響因素。 通過(guò)研究分析得出以下結(jié)論： 1．雙向多流管理論模型更適合于垂直軸風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)。以此為基礎(chǔ)研究尖速比和實(shí)度對(duì)直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)功率系數(shù)的影響，計(jì)算顯示：尖速比增加，功率系數(shù)先增大后減小，近似成拋物線變化；實(shí)度增加，功率系數(shù)（效率）先增大后減小，最高效率位置向低尖速比區(qū)漂移，高效區(qū)范圍變窄； 2．基于垂直軸風(fēng)力機(jī)雙向多流理論模型計(jì)算式，可知?dú)鈩?dòng)性能與實(shí)度和尖速比有密切關(guān)系。通過(guò)遺傳算法進(jìn)行搜索尋優(yōu)，

5、針對(duì)特定風(fēng)場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪，與已有的同樣掃風(fēng)面積的垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果有明顯的優(yōu)越性，其氣動(dòng)性能有明顯增高，年輸出功率明顯增加，從而說(shuō)明了該優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的有效性與實(shí)用性； 3．在邊界層內(nèi)布置合適的網(wǎng)格點(diǎn)，采用k—ωsst湍流模型數(shù)值模擬，可使翼型阻力系數(shù)的計(jì)算精度明顯提高，并為直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的數(shù)值模擬研究奠定了基礎(chǔ)； 4．直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪非定常數(shù)值模擬結(jié)果可與雙向多流管模