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文檔簡介
1、能源是推動經(jīng)濟發(fā)展、促進社會進步的重要基礎(chǔ),當(dāng)今世界正面臨礦產(chǎn)資源耗竭的硬性制約和全球環(huán)境污染的巨大壓力,因此改進能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),開發(fā)可再生能源,已成為全球關(guān)注的焦點。風(fēng)能是一種清潔無污染的可再生能源,由于其儲量豐富,開發(fā)成本較低,隨著我國能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的改革,風(fēng)能的開發(fā)利用必將對經(jīng)濟、社會和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
風(fēng)力發(fā)電是目前技術(shù)較為成熟的一種風(fēng)能利用方式,垂直軸風(fēng)機在小型風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛,其中Savonius風(fēng)機
2、由于啟動風(fēng)速較低、氣動噪聲較小、不受風(fēng)向限制等特點受到廣泛關(guān)注。但是Savonius風(fēng)機輸出的轉(zhuǎn)矩具有周期變化的特點,周期性的轉(zhuǎn)矩會導(dǎo)致風(fēng)機輸出功率的變化,容易引起電力系統(tǒng)電壓與頻率的變動,也會對風(fēng)機的旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生頻繁的沖擊,影響風(fēng)機的耐久性;同時由于主要依靠迎風(fēng)面的動力矩與阻力矩之差來做功,Savonius風(fēng)機的動轉(zhuǎn)矩系數(shù)較低,導(dǎo)致風(fēng)能利用系數(shù)較低。
葉片是風(fēng)機最重要的部件之一,葉片結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計將最大程度的改善風(fēng)機性能。針對
3、傳統(tǒng)Savonius風(fēng)機的上述缺點,本文提出一種葉片扭曲變形的策略,結(jié)合葉片重疊比、葉片高徑比、葉片扭角、葉片弧度等葉片結(jié)構(gòu)參數(shù),對葉片結(jié)構(gòu)進行變異設(shè)計,并利用計算流體力學(xué)(CFD)數(shù)值模擬方法研究不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對于風(fēng)機動轉(zhuǎn)矩輸出性能的影響。首先利用Matlab結(jié)合Pro/E對風(fēng)機葉片三維模型進行參數(shù)化建模;然后利用ANSYSWorkbench作為協(xié)同仿真環(huán)境平臺建立仿真體系,依據(jù)Meshing中制定的網(wǎng)格劃分策略和Fluent中設(shè)置的求
4、解方案,對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)Savonius風(fēng)機葉片的旋轉(zhuǎn)運動進行動態(tài)仿真。
利用多項式回歸、正交試驗、交互作用試驗等數(shù)據(jù)分析方法,對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)進行合理的試驗安排。以降低風(fēng)機葉片動轉(zhuǎn)矩震蕩幅度、提高整體動轉(zhuǎn)矩輸出能力為優(yōu)化目標(biāo),以動轉(zhuǎn)矩系數(shù)曲線、動轉(zhuǎn)矩系數(shù)極差、平均動轉(zhuǎn)矩系數(shù)等為評價指標(biāo),對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)風(fēng)機葉片的動轉(zhuǎn)矩輸出性能進行分析對比,確定合理的葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)分布范圍,并根據(jù)葉片附近壓強分布、速度矢量分布等流場特征分析葉片各結(jié)構(gòu)
5、參數(shù)變化對于風(fēng)機葉片動轉(zhuǎn)矩輸出性能的影響機理。
利用流固耦合仿真分析方法,根據(jù)葉片表面應(yīng)力分布及形變分布對優(yōu)化前后Savonius風(fēng)機葉片的力學(xué)性能進行分析對比,對比發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后葉片結(jié)構(gòu)強度有所下降,故設(shè)計隔板作為扭曲葉片的輔助結(jié)構(gòu)以改善其力學(xué)性能。以葉片動轉(zhuǎn)矩輸出性能為優(yōu)化目標(biāo),對隔板參數(shù)進行優(yōu)化分析,確定合理的隔板分布方式,利用流固耦合仿真分析方法驗證其力學(xué)性能,并根據(jù)流場特征分析隔板作用機理。
本文以葉片動轉(zhuǎn)矩輸
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