直葉片豎軸風(fēng)機(jī)槳距控制策略優(yōu)化研究.pdf

1、面對能源危機(jī)以及全球環(huán)境污染等問題的日趨嚴(yán)重化，可再生能源的開發(fā)和發(fā)展已經(jīng)迫在眉睫。風(fēng)機(jī)作為一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，是目前開采風(fēng)能的重要工具。根據(jù)風(fēng)機(jī)的主軸方向，可將其分為水平軸風(fēng)機(jī)和垂直軸（豎軸）風(fēng)機(jī)。由于水平軸風(fēng)機(jī)采能效果高，技術(shù)已相對成熟，而垂直軸風(fēng)機(jī)因其較低的風(fēng)能采集效率一直未受重視。近年來，小型垂直軸風(fēng)機(jī)適應(yīng)復(fù)雜風(fēng)場的能力，以及大型垂直軸風(fēng)機(jī)開發(fā)的潛力，促使垂直軸風(fēng)機(jī)又逐漸受到青睞。論文將以升力型直葉片垂直軸風(fēng)機(jī)為研究對象

2、，立足于槳距角能顯著改變?nèi)~片氣動(dòng)性能的特點(diǎn)，旨在提高其自啟動(dòng)性能和風(fēng)能利用效率。
　　傳統(tǒng)雙面多流管（Double-Multiple-StreamTube, DMST）風(fēng)機(jī)性能評估方法具有原理簡單，計(jì)算高效的特點(diǎn)。論文在對直葉片垂直軸風(fēng)機(jī)變槳距的氣動(dòng)力分解、計(jì)算原理詳細(xì)闡述的基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)的DMST程序進(jìn)行了三方面改進(jìn)：（1）加入動(dòng)態(tài)失速的修正；（2）加入可變槳距角的影響；（3）提高程序收斂性。改進(jìn)后的程序提高了垂直軸風(fēng)機(jī)性能評估

3、的精度和收斂性，并可用于變槳距風(fēng)機(jī)的計(jì)算。
　　在DMST平臺的基礎(chǔ)上，結(jié)合遺傳算法建立了直葉片垂直軸風(fēng)機(jī)槳距角優(yōu)化計(jì)算模型。得到了不同葉尖速比下的最優(yōu)槳距角曲線，即主動(dòng)槳距角控制的最優(yōu)策略。通過對切向和法向力系數(shù)及風(fēng)能利用率曲線的分析也表明優(yōu)化后的風(fēng)能利用率有明顯提升。主動(dòng)槳距控制策略的研究成果適用于方便安裝獨(dú)立控制裝置的大型垂直軸風(fēng)機(jī)上，而被動(dòng)槳距控制裝置適用于在城鎮(zhèn)中或水下流場復(fù)雜的低成本小型垂直軸風(fēng)機(jī)。
　　CFD數(shù)