主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)性能研究.pdf

1、直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)是一種結(jié)構(gòu)簡單、風(fēng)能利用效率高并且維護(hù)保養(yǎng)簡單的升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)。近年來，隨著中小型風(fēng)電市場的發(fā)展，直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注。直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)的性能主要包括起動性能和輸出性能，其中起動性能反映了風(fēng)力機(jī)在低風(fēng)速下起動的能力，輸出特性則反映了風(fēng)力機(jī)工作時對風(fēng)能的利用能力。
　　 直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)的起動性不佳一直是影響其發(fā)展的主要原因之一，而其起動性能主要是由其結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定的。改善直線翼垂直軸

2、風(fēng)力機(jī)起動性能的方法主要有兩種，一種是改變其自身結(jié)構(gòu)，另一種是安裝輔助起動裝置。直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)的自身結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括葉片翼型、風(fēng)力機(jī)半徑、葉片個數(shù)等，探明這些主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對起動性能的影響對改善其起動性能有重要的意義。對于安裝輔助起動裝置的方法，通常將Savonius阻力風(fēng)輪與直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)進(jìn)行組合。然而，如果阻力風(fēng)輪與直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)的結(jié)合角度等組合方式不當(dāng)會影響起動性能和轉(zhuǎn)動后的性能。因此，研究結(jié)合角度對直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)起

3、動性能的影響十分必要。本文重點(diǎn)研究了葉片翼型與結(jié)合角度對直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)起動性能的影響。在葉片翼型的研究中，選擇了NACA0018、NACA5520以及FX63-145三種翼型，其中NACA0018為對稱翼型，NACA5520為非對稱厚翼型，F(xiàn)X63-145為非對稱薄翼型。利用風(fēng)洞試驗(yàn)測試了不同翼型風(fēng)力機(jī)在不同攻角下的起動風(fēng)速得出，采用對稱翼型的直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)起動性能高于采用非對稱翼型的風(fēng)力機(jī);采用厚翼型的直線翼風(fēng)力機(jī)的起動性能高

4、于采用薄翼型的直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)。在結(jié)合角度的研究中，分別將采用對稱翼型和非對稱翼型的直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)的最佳起動區(qū)域和最差起動區(qū)域與阻力風(fēng)輪的最佳起動區(qū)域進(jìn)行結(jié)合。利用風(fēng)洞試驗(yàn)測試了各種組合后的風(fēng)力機(jī)在不同攻角下的起動風(fēng)速得出，當(dāng)直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)的最佳起動區(qū)域與Savonius風(fēng)輪的最佳起動區(qū)域相對應(yīng)可以更好的改善直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)的起動性。
　　 在研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)對直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)及起動性影響的基礎(chǔ)上，又對在低轉(zhuǎn)速下風(fēng)力

5、機(jī)的輸出性能進(jìn)行了研究。目前，國內(nèi)外對直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)輸出性能的研究主要集中在其正常工作及高尖速比的狀態(tài)下，而起動后的低轉(zhuǎn)速階段的輸出性能對于風(fēng)力機(jī)的起動性能以及正常輸出性能都有較大的影響。本文利用風(fēng)洞試驗(yàn)的方法研究葉片翼型、風(fēng)力機(jī)半徑、葉片個數(shù)以及阻力風(fēng)輪對直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)低轉(zhuǎn)速下輸出性能的影響。其中葉片翼型采用NACA0018和NACA5520，葉片個數(shù)選擇2、3、4，風(fēng)力機(jī)半徑選擇0.3m和0.4m。利用風(fēng)洞試驗(yàn)測試了由不同結(jié)

6、構(gòu)參數(shù)組成的風(fēng)力機(jī)安裝阻力風(fēng)輪前后在低轉(zhuǎn)速下的輸出性能。對于不帶阻力風(fēng)輪的直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)，葉片翼型、葉片個數(shù)以及風(fēng)力機(jī)半徑都對風(fēng)力機(jī)低轉(zhuǎn)速下的輸出性能造成了一定的影響。安裝阻力風(fēng)輪后，直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)低轉(zhuǎn)速下的輸出性能總體得到了提升，對比各結(jié)構(gòu)參數(shù)下的改善率可知，Savonius阻力風(fēng)輪對采用對稱翼型風(fēng)力機(jī)的輸出性能的改善情況比采用非對稱翼型風(fēng)力機(jī)要好且穩(wěn)定。
　　 另外，本研究還通過數(shù)值模擬的方法研究了阻力風(fēng)輪與直線翼垂

7、直軸風(fēng)力機(jī)的直徑比對直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)輸出性能的影響。選用了0.25、0.33、0.5三種直徑比進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果與單機(jī)結(jié)果進(jìn)行了對比。通過研究得出直徑比為0.5時直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)的輸出性能最佳，同時其起動性能相對于單機(jī)提高了約2倍。
　　 綜上所述，本研究通過風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算的方法從結(jié)構(gòu)參數(shù)的角度對直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)的性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。主要的創(chuàng)新點(diǎn)包括以下兩點(diǎn):一、提出了與Savonius風(fēng)輪組合時的結(jié)合角