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文檔簡介
1、風力發(fā)電對于調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、減少化石能源消耗、緩解環(huán)境污染、降低溫室氣體排放等方面發(fā)揮著極為重要的作用。作為一種從自然界中汲取風能的轉(zhuǎn)化裝置,風力機逐漸成為研究的熱點對象之一。水平軸風力機的技術(shù)較為成熟,其風能利用效率較高,適合于大型風場和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),而近年來垂直軸風力機以其使用便捷、安全性高、氣動噪聲小、維護方便等諸多優(yōu)點,在中小功率發(fā)電場合得到重視,擁有更加廣闊的市場前景。同時垂直軸風力機在空氣動力學(xué)特性、結(jié)構(gòu)特征和系統(tǒng)的可靠性等方
2、面研究較少,理論探索尤其缺乏,目前尚未形成一套成熟、可靠的理論設(shè)計方法,具體參數(shù)的確定仍依靠經(jīng)驗方法和實驗數(shù)據(jù)積累。
本文提出由FIN-MP翼型組成的垂直軸螺旋形風力葉輪結(jié)構(gòu),利用螺旋上升的葉片產(chǎn)生對氣流的阻力和葉片截面形狀在不同攻角來流條件下產(chǎn)生的升力,使氣流的能量被有效截獲的同時,產(chǎn)生對葉輪旋轉(zhuǎn)有貢獻的動力,保證風力葉輪啟動性能好、風能利用率高、力矩輸出穩(wěn)定;同時采用三維非定常模擬和性能實驗兩種方法,較系統(tǒng)全面地分析了
3、所設(shè)計的風力葉輪的運行性能。
本文開展的主要工作和得到的結(jié)論如下:
1、對比分析了NACA0015翼型和FIN-MP翼型在不同攻角時的氣動性能,選用具有較好氣動特性的FIN-MP翼型作為本文葉片設(shè)計的基本翼型,同時根據(jù)風力機的具體參數(shù)設(shè)計了一種新型螺旋形風力葉輪。
2、采用CFD方法,選取SST k-ω湍流模型,模擬對比了新型螺旋形風力葉輪和傳統(tǒng)直線型風力葉輪的運行特性。螺旋形風力葉輪相比直線型
4、風力葉輪的力矩波動幅度要小,平均力矩系數(shù)較大,產(chǎn)生的正力矩遠大于負力矩,風力葉輪的作功性能更加穩(wěn)定;由于螺旋形風力葉輪的葉片是扭曲的,各個截面的攻角、速度分布、壓力系數(shù)和湍動能存在明顯的差異。
3、獲得了螺旋形風力葉輪周圍三維流動特征,優(yōu)化了新型垂直軸風力葉輪的幾何參數(shù)。風力葉輪的扭角越大、力矩系數(shù)的波動幅度越小,葉片扭角為60°的風力葉輪,力矩波動幅度較小,風力機運行穩(wěn)定,效率較高;螺旋形風力葉輪弦長越大,最大力矩系數(shù)差
5、別不大,但最小力矩系數(shù)越小,且葉片翼型間的干擾就越強烈,其影響范圍也相對較大;隨著風力葉輪葉片數(shù)的增加,力矩系數(shù)的波動幅度在逐漸減小,且尾流速度的干擾作用和葉片間的湍動能也越強烈;同時螺旋形風力葉輪的空間三維形狀,導(dǎo)致各個水平截面的葉片攻角不同,湍動能及渦量分布也有很大差別,部分流線甚至脫離了葉片表面;而直線型風力葉輪不同截面的渦量分布較為一致。
4、對風力葉輪進行了車載實驗研究,測試了空載、負載條件下風力葉輪的運行特性,
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