葉片尾緣加彎板垂直軸風力機氣動特性研究.pdf

1、風能取之不盡，用之不竭，是清潔、無污染的可再生能源之一，已經受到全世界的廣泛關注。風力發(fā)電是風能利用的主要形式，風力機是將風能轉化為機械能的重要設備。垂直軸風力機可以接受任意方向的來風而不需要安裝對風裝置、發(fā)電機和傳動鏈安裝在地面維護方便等優(yōu)點備受關注。直線翼垂直軸風力機是典型的小型風力機，在農村用電、路燈、農田水利灌溉等方面具有重要作用。但是直線翼垂直軸風力機氣動性能較水平軸風力機低，還需要進一步改進。該研究設計一種安裝于直線翼垂直軸

2、風力機葉片尾緣的彎板，利用彎板改變葉片表面的壓力場和渦旋的分布，提高葉片做正功的轉矩，減小葉片附近的渦旋損失，從而提高風力機氣動性能。以NACA系列三種薄厚葉片風力機為對照，分別在薄厚葉片尾緣加不同長度彎板研究風力機性能的變化。采用數(shù)值模擬方法，基于RNG k-ε湍流模型，分析低尖速比下彎板長度對風力機氣動性能的影響，并進行風洞試驗驗證。因此，本文主要研究內容包括以下三個方面:
　　(1)彎板對風力機動態(tài)氣動特性影響研究，通過數(shù)值

3、模擬方法計算有無彎板風力機的輸出轉矩和輸出功率，分析彎板長度對輸出性能的影響，將得到的較優(yōu)彎板結構風力機和原始風力機結構進行加工，進行風洞試驗，在不同來流風速條件下，比較彎板對風力機動態(tài)氣動特性改善情況。
　　(2)彎板對葉片周圍流場影響研究，計算在一個旋轉周期內，風力機轉矩系數(shù)隨旋轉角的變化情況，并對典型旋轉角下的流場進行分析，探討彎板改變輸出轉矩特性的機理。
　　(3)彎板對風力機靜態(tài)起動特性影響研究，通過數(shù)值模擬方法計

4、算彎板對風力機在不同旋轉角方位靜止時起動轉矩的影響，并進行風洞試驗驗證，同時結合流場進行分析。
　　得到的主要結論如下:
　　(1)低尖速比下在葉片尾緣加適當?shù)膹澃蹇梢蕴岣唢L力機的輸出性能，彎板長度與翼型弦長比例要適當。在相同條件下彎板加在厚翼型葉片比在薄翼型葉片上風力機特性改善顯著。(2)葉片尾緣加適當彎板可以提高風力機的起動性能，當旋轉角在0～120°有無彎板風力機受到的起動轉矩相同，但當旋轉角在120～180°時有彎板

5、風力機的起動轉矩明顯提升，且彎板的作用消除了反向轉矩。同時彎板對厚翼型起動性能改善明顯。
　　(3)對NACA0024翼型有無彎板風力機通過風洞試驗得出，葉片尾緣加彎板可以提高風力機的穩(wěn)定轉速。當風速為10m/s時有彎板風力機轉速可提高245 r/min。
　　(4)葉片尾緣加裝適當彎板后可在某些旋轉角下改變葉片上下表面的壓力分布狀態(tài)和流體流動情況，同時提高了該旋轉角下的氣動特性，從而改善整個風力機的性能。
　　該研究