升力型、升阻型垂直軸風力機氣動計算和優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、國內(nèi)外學者對垂直軸風力機的氣動性能進行了許多研究，但對H型垂直軸風力機風輪設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化問題研究不多;對升阻型混合風輪的氣動性能研究多局限于試驗研究一種尺寸比例下混合風輪的氣動性能，未考慮混合風輪中兩風輪的尺寸匹配對其氣動性能的影響。針對以上問題，本文主要研究風輪參數(shù)對H型垂直軸風力機氣動性能的影響，并對H型風輪進行優(yōu)化設(shè)計，將優(yōu)化后的H型風輪與S型風輪組合成混合風輪，通過三維數(shù)值模擬方法研究該混合風輪的氣動性能，探討H型風輪和S型風輪

2、的高度比和半徑比對混合風輪氣動性能的影響。因此，本課題所涵蓋的內(nèi)容如下:
　　 (1)根據(jù)垂直軸風力機多流管理論計算模型和雙向多流管理論計算模型，利用Matlab軟件編程計算H型垂直軸風力機的功率和風能利用系數(shù)，并與實驗值進行對比驗證模型的準確性;
　　 (2)基于雙向多流管理論計算模型來研究H型垂直軸風力機的葉尖速比、風輪實度（含葉片數(shù)、葉片弦長）和風輪高徑比與功率和風能利用系數(shù)的關(guān)系;
　　 (3)基于垂直軸

3、風力機雙向多流管理論計算模型，針對特定風場風速的Weibull概率密度分布，以風力機的年平均輸出功率最大為設(shè)計目標，采用粒子群算法進行尋優(yōu)搜索對H型垂直軸風力機風輪參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計;
　　 (4)采用單一變量法和雙滑移網(wǎng)格技術(shù)對不同高度比下的混合風輪垂直軸風力機進行非定常的三維數(shù)值模擬，得到混合型風輪在不同高度比下的氣動性能，研究分析得出最佳性能時對應(yīng)的高度比，以此為基礎(chǔ)，模擬研究升阻型垂直軸風力機中升力型風輪和阻力型風輪在不同

4、半徑比下的氣動性能，最終確定最佳性能時兩個風輪的高度比和半徑比，并將最佳組合時的混合風輪垂直軸風力機與單一升力型風輪和單一阻力型風輪的垂直軸風力機進行對比，分析阻力型風輪和升力型風輪對混合型風輪的垂直軸風力機氣動性能的影響。
　　 通過研究及對數(shù)據(jù)的分析得出以下結(jié)論:
　　 (1)模型實驗驗證表明:雙向多流管理論計算模型更適合于垂直軸風力機的設(shè)計;
　　 (2)用垂直軸風力機雙向多流管理論計算模型研究H型垂直軸風

5、力機的氣動性能可以得出如下結(jié)論:風輪實度和葉片數(shù)（或葉片弦長）變化趨勢一致，二者呈線性變化關(guān)系;風輪實度為0.168-0.27的范圍內(nèi)，風能利用系數(shù)最大值Cpmax較大。在中、低風速段，高徑比大的風輪的輸出功率大;在高風速段，高徑比越大最大輸出功率越小。轉(zhuǎn)速相同時，隨著高徑比H/D的增大，風力機風輪的啟動風速減小;在風速相同時，要獲取相同的輸出功率，則高徑比大的風力機的風輪轉(zhuǎn)速必須增加;
　　 (3)升力型垂直軸風力機氣動優(yōu)化結(jié)

6、果表明:針對特定風場優(yōu)化設(shè)計的升力型垂直軸風力機風輪與初步設(shè)計的風力機風輪對比，結(jié)果顯示:優(yōu)化后的風力機的年平均輸出功率提高了11.8％，有明顯的優(yōu)越性，說明該優(yōu)化設(shè)計模型是實用有效的;
　　 (4)三維數(shù)值模擬研究升阻型垂直軸風力機的氣動性能得出如下結(jié)論:當H型風輪和S型風輪的高度比為3且半徑比為2時，升阻型垂直軸風力機的氣動性能最好;在低葉尖速比的范圍內(nèi)，混合風輪的風能利用系數(shù)更高一些;在高葉尖速比范圍內(nèi)，單純的升力型風輪有