兆瓦級升阻復(fù)合型垂直軸風(fēng)力機氣動特性及結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、垂直軸風(fēng)力機相對水平軸風(fēng)力機有無需對風(fēng)的天然優(yōu)勢，而且升力型垂直軸風(fēng)力機的風(fēng)能利用率也可以達(dá)到與水平軸風(fēng)力機相同的水平，但目前卻少有大功率的垂直軸風(fēng)力機出現(xiàn)。阻礙其大型化的主要原因在于：升力型垂直軸風(fēng)力機的啟動困難以及大型風(fēng)輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計困難。為解決此問題，本文設(shè)計了新型升阻復(fù)合方式的兆瓦級垂直軸風(fēng)力機，并對其氣動特性和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。
　　基于垂直軸風(fēng)力機的致動盤理論和多流管理論，結(jié)合升阻復(fù)合型風(fēng)輪的特點，并綜合考慮升力葉片及阻力

2、葉片的各項參數(shù)對風(fēng)輪氣動特性的影響，建立了分區(qū)域計算的多致動盤多流管理論模型，便于觀察風(fēng)輪各參數(shù)的作用機理和高效地計算風(fēng)輪的平均功率系數(shù)。
　　針對理論模型難以考慮到各葉片之間相互影響的不足，采用FLUENT數(shù)值模擬的方法，對9種不同升阻復(fù)合風(fēng)輪模型進(jìn)行了啟動性能、運行效率、極限工況受力狀態(tài)等方面的研究。發(fā)現(xiàn)阻力葉片尺寸越大、距主軸越遠(yuǎn)均會使風(fēng)輪的啟動性能提升、運行效率下降，并分析了其原因。將升阻復(fù)合型風(fēng)輪與傳統(tǒng)的純升力型風(fēng)輪相比

3、較，結(jié)果表明采用升阻復(fù)合型風(fēng)輪對啟動性能提升顯著。將本文建立的多致動盤多流管理論模型的計算的功率系數(shù)與數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)在低尖速比時比較準(zhǔn)確，而在高尖速比時功率系數(shù)偏高，得到了理論模型的適用范圍。
　　為解決兆瓦級風(fēng)力機的風(fēng)輪結(jié)構(gòu)設(shè)計的困難，針對2MW升阻復(fù)合型風(fēng)力機，對比了多種風(fēng)輪整體方案和連接臂構(gòu)型，進(jìn)行優(yōu)選，依次設(shè)計校核了連接臂部分、主軸部分的鋼結(jié)構(gòu)部件，并設(shè)計了升力葉片和阻力葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、鋪層材料及連接方式，