直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、隨著科技的發(fā)展和人類認(rèn)識水平的不斷提高,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,與水平軸風(fēng)力機(jī)相比,垂直軸風(fēng)力機(jī)有它獨特的優(yōu)點。兩者在設(shè)計方面雖然具有相同的理論基礎(chǔ),但氣動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)計方法進(jìn)行設(shè)計。對于如何提高垂直軸風(fēng)力機(jī)的氣動性能,國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行過多方面的研究,但作為垂直軸風(fēng)力機(jī)的設(shè)計理論和方法還不完備。因此,本課題針對直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)各種設(shè)計參數(shù)對氣動性

2、能的影響、風(fēng)輪的優(yōu)化設(shè)計、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編程計算垂直軸風(fēng)力機(jī)的功率系數(shù)并與實驗值進(jìn)行對比,并分析直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)的尖速比、風(fēng)輪實度(葉片數(shù)、葉片弦長、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; 3.

3、為了提高風(fēng)力機(jī)CFD模擬的計算精確度,特別是二維翼型的阻力系數(shù)計算精確度,本課題探討三種不同湍流計算模型、三種不同計算格式與六種不同網(wǎng)格在邊界層的分布對風(fēng)力機(jī)翼型氣動性能參數(shù)計算精度的影響; 4.為分析直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)流場特性,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,并與多流管理論模型所得的特定過流斷面分布規(guī)律進(jìn)行對比。同時,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,并與二維模擬流場進(jìn)行對比,分析之間的異

4、同及其影響因素。 通過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。以此為基礎(chǔ)研究尖速比和實度對直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)功率系數(shù)的影響,計算顯示: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算式,可知氣動性能與實度和尖速比有密切關(guān)系。通過遺傳算法進(jìn)行搜索尋優(yōu),

5、針對特定風(fēng)場優(yōu)化設(shè)計的直葉片垂直軸風(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)行對比,發(fā)現(xiàn)設(shè)計結(jié)果有明顯的優(yōu)越性,其氣動性能有明顯增高,年輸出功率明顯增加,從而說明了該優(yōu)化設(shè)計模型的有效性與實用性; 3.在邊界層內(nèi)布置合適的網(wǎng)格點,采用k—ωsst湍流模型數(shù)值模擬,可使翼型阻力系數(shù)的計算精度明顯提高,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

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