變槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能分析.pdf

1、垂直軸風(fēng)力機(jī)的特點(diǎn)是葉片與來(lái)流方向垂直，同水平軸風(fēng)力機(jī)相比，不需要任何對(duì)風(fēng)裝置而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，因而吸引了國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)其展開(kāi)了研究，這里面所關(guān)心的核心問(wèn)題就是風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率、起動(dòng)性能和葉片的瞬時(shí)載荷等。對(duì)于垂直軸風(fēng)力機(jī)因?yàn)槔碚撋系牟煌晟?，所以作為流體研究方法之一的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法的研究顯得尤為必要，它不但能從宏觀上得到一些分析，而且也能夠得到葉片的瞬態(tài)流場(chǎng)分布以及葉片的瞬時(shí)力和力矩等微觀性態(tài)，這些對(duì)風(fēng)力機(jī)的研發(fā)都具有重要

2、的實(shí)用價(jià)值。
　　 本文主要采用數(shù)值方法對(duì)風(fēng)力機(jī)的性能展開(kāi)研究和討論，研究的思路遵循從局部到整體，從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，從定槳距風(fēng)力機(jī)到變槳距風(fēng)力機(jī)等循序漸進(jìn)的過(guò)程。
　　 首先介紹了變槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)的基本原理。對(duì)翼型進(jìn)行了選型，研究了在靜態(tài)條件下雷諾數(shù)對(duì)翼型升阻特性等的影響。從垂直軸風(fēng)力機(jī)的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，推導(dǎo)出該翼型動(dòng)態(tài)分析的依據(jù)，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。評(píng)估了翼型性能與風(fēng)力機(jī)葉片在不同卦限氣動(dòng)性能的大致關(guān)系，根據(jù)翼型的氣動(dòng)數(shù)據(jù)使用

3、多流管理論獲得變槳距風(fēng)力機(jī)的變槳規(guī)律。
　　 其次，分析了數(shù)值模擬的基本思路，對(duì)垂直軸風(fēng)力機(jī)數(shù)值模擬中出現(xiàn)的若干問(wèn)題應(yīng)用流體的基本原理進(jìn)行解讀。從二維和三維模型計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析可以看出，垂直軸風(fēng)力機(jī)模擬結(jié)果對(duì)Y+參數(shù)非常敏感，同時(shí)研究了其它數(shù)值參數(shù)對(duì)風(fēng)力機(jī)性能的敏感程度，解決了計(jì)算中的精度問(wèn)題。最后給出了風(fēng)能利用率、切向力、軸向力和翼型升阻特性等試驗(yàn)，驗(yàn)證了計(jì)算的可靠性。
　　 然后對(duì)定槳距風(fēng)力機(jī)進(jìn)行了力學(xué)分析，通過(guò)滑

4、移網(wǎng)格對(duì)定槳距風(fēng)力機(jī)進(jìn)行了多工況計(jì)算，研究了風(fēng)力機(jī)布局對(duì)風(fēng)力機(jī)性能的影響，宏觀上，分析了葉片數(shù)、弦長(zhǎng)、風(fēng)速、半徑，尤其是槳距角對(duì)風(fēng)力機(jī)風(fēng)能利用率、力矩和功率的影響，微觀上綜合分析了不同槳距角和尖速比下葉片的瞬時(shí)效率、瞬時(shí)總效率、失速角、貝茨極限、有效攻角和方位角等的關(guān)系，找出渦量云圖與風(fēng)力機(jī)效率之間的因果關(guān)聯(lián)。
　　 最后對(duì)變槳距風(fēng)力機(jī)進(jìn)行了力學(xué)分析和氣動(dòng)模型的建立，并進(jìn)行動(dòng)網(wǎng)格調(diào)試，對(duì)采用變槳規(guī)律的風(fēng)力機(jī)通過(guò)對(duì)UDF方法的研究

5、，實(shí)現(xiàn)了多種不改變網(wǎng)拓?fù)湫缘膭?dòng)區(qū)域方法，并比較了不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)，為變槳距風(fēng)力機(jī)的研究提供了便利。同時(shí)針對(duì)風(fēng)速一定，轉(zhuǎn)速一定；風(fēng)速一定，改變轉(zhuǎn)速；尖速比一定，同步改變風(fēng)速和轉(zhuǎn)速等三種情況，宏觀上分析了變槳距風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率和功率，微觀上分析了不同方位角葉片的切向力、軸向力、繞自轉(zhuǎn)軸的力矩和繞公轉(zhuǎn)軸力矩等，并和定槳距風(fēng)力機(jī)進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果顯示采用變槳距規(guī)律的風(fēng)力機(jī)不但提高了風(fēng)力機(jī)的效率，也提高了風(fēng)力機(jī)的起動(dòng)性能，減少了葉片的脈動(dòng)頻率。最