圓臺型聚風罩對垂直軸風力機起動性與輸出功率影響研究.pdf

1、為了改善直線翼垂直軸風力機的低風速起動性問題和提高風力機輸出功率，設計了一種可安裝于風力機風輪上下兩端的圓臺型聚風罩，利用上下聚風罩形成的變截面通道對來流進行導流，提高風輪入口流速，減少葉片尖端流動損失，整流風輪內(nèi)部流場，從而提高風力機的靜態(tài)起動特性和動態(tài)功率輸出性能。研究采用了理論分析、數(shù)值模擬和風洞試驗相結(jié)合的方法，主要進行了兩部分研究內(nèi)容:
　　(1)聚風罩對風力機靜態(tài)起動性能影響研究，主要采用理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法

2、。首先利用流體力學基本原理對聚風罩聚風原理進行理論分析，初步設定聚風罩結(jié)構(gòu)形式;然后對聚風罩多個結(jié)構(gòu)參數(shù)進行系統(tǒng)分析，通過二次正交旋轉(zhuǎn)組合設計方法與三維數(shù)值計算相結(jié)合手段，對聚風罩主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化設計，計算在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)組合下聚風罩對風力機靜態(tài)起動力矩影響，找出較優(yōu)聚風罩結(jié)構(gòu)參數(shù);最后通過分析有無聚風罩風輪的周圍流場不同，揭示聚風罩的作用機理。
　　(2)聚風罩對風力機動態(tài)輸出功率性能影響研究，主要采用風洞試驗的方法，將在計算

3、中得到的較優(yōu)聚風罩結(jié)構(gòu)進行設計，制作了1臺直徑600mm、高500mm的風輪模型和圓臺型聚風罩，進行了風洞試驗，測試了在不同風速下，具有不同葉片個數(shù)的有無聚風罩風力機的轉(zhuǎn)速特性和輸出功率特性，驗證聚風罩的有效性。
　　在本研究條件下得到的主要結(jié)論如下:
　　(1)針對本研究設定風力機模型，通過數(shù)值模擬獲得了一組可有效提高風力機靜態(tài)起動性的聚風罩結(jié)構(gòu)參數(shù):聚風罩傾角為46°，高度為299mm，距風輪距離36mm。風洞試驗結(jié)果表

4、明帶有聚風罩風力機在各旋轉(zhuǎn)角下的起動力矩均有不同程度提高，在15°旋轉(zhuǎn)角時靜力矩最高提升了30％。同時，帶有聚風罩風力機起動時間縮短，轉(zhuǎn)速增長快，可達穩(wěn)定轉(zhuǎn)速高。驗證了該圓臺型聚風罩對風力機起動性能改善的有效性。
　　(2)通過對有無聚風罩風力機的動態(tài)性能風洞試驗表明，帶有聚風罩的風力機在不同風速下的最大輸出功率系數(shù)均有不同程度提高，且隨風速的增大而增大，最高提升35％。試驗結(jié)果還表明聚風罩對2葉片和4葉片的風力機性能提升都有一定

5、效果，說明了聚風罩對具有不同葉片個數(shù)的直線翼垂直軸風力機性能提高均有一定的適用性。
　　(3)通過數(shù)值計算獲得了三維流線圖和不同平面上的速度分布情況，聚風罩對風輪入口處增速效果明顯，風速最高提升了36.7％;聚風罩對流經(jīng)葉片尖端和風輪內(nèi)部的渦旋均有不同程度改善，一定程度上減少了能量損失，從而改善了風輪周圍流場特性。
　　本研究通過計算和試驗驗證了提出的圓臺型聚風罩對直線翼垂直軸風力機起動性能改善和輸出功率提高的有效性，為開發(fā)