垂直軸風(fēng)力機氣動特性及變槳規(guī)律研究.pdf

1、風(fēng)能作為新能源中產(chǎn)業(yè)化程度最高的一類能源，在新能源戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)發(fā)展中占有著舉足輕重的地位。垂直軸風(fēng)力機雖憑借豎軸、無需對風(fēng)、直葉片等特點受到青睞，但無法自啟動與低效率問題大大限制了工程應(yīng)用。作為有效解決方案之一的變槳式垂直軸風(fēng)力機，其研究目前主要存在如下問題：葉片動態(tài)氣動性能的相關(guān)實驗數(shù)據(jù)獲取十分困難；現(xiàn)有理論研究對葉片動態(tài)氣動性能的認識尚未明確；基于實驗的有效變槳規(guī)律尚未形成系統(tǒng)，變槳規(guī)律有效機制尚不明確；面向工程應(yīng)用的變槳規(guī)律研究還尚未

2、被涉及。
　　本課題在黑龍江省自然科學(xué)基金項目“垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的變槳控制規(guī)律研究”（E201216）與中央高校基本科研業(yè)務(wù)費資助項目“豎軸風(fēng)力發(fā)電機機電一體化設(shè)計及最優(yōu)變槳距控制技術(shù)”（HEUCFZ1118）的資助下，主要采用實驗方法針對以上問題進行研究。
　　在分析垂直軸風(fēng)力機運行機理的基礎(chǔ)上，提出垂直軸風(fēng)力機實驗研究對氣動實驗平臺的設(shè)計要求。對風(fēng)力機運行環(huán)境——大氣邊界層底層的典型風(fēng)特性進行研究，確定風(fēng)洞設(shè)計指標，研制

3、翼型實驗風(fēng)洞、風(fēng)力機實驗風(fēng)洞以及相應(yīng)的風(fēng)場測量裝置。提出翼型靜態(tài)氣動性能測量方案并研制翼型靜態(tài)氣動性能實驗臺。針對變槳式垂直軸風(fēng)力機實驗研究，提出一種風(fēng)力機動態(tài)氣動驅(qū)動力矩測量方案，設(shè)計兩種角加速度測量方案以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法，并研制變槳式垂直軸風(fēng)力機實驗樣機。
　　進行系統(tǒng)的單葉定槳實驗，測量定槳葉片在不同尖速比、不同槳距角下的動態(tài)驅(qū)動力矩。根據(jù)葉片動態(tài)驅(qū)動力矩實驗數(shù)據(jù)，進行葉片受力機理研究，從動態(tài)臨界失速角、驅(qū)動力矩峰值發(fā)生

4、位置、最大驅(qū)動力矩峰值發(fā)生位置等角度分析葉片動態(tài)受力特性。根據(jù)葉片動態(tài)受力特性，修正現(xiàn)有動態(tài)失速模型對翼型動態(tài)失速角的取值方法。提出一種局部的隨動流管假設(shè)，在雙盤面單流管模型基礎(chǔ)上結(jié)合修正后的動態(tài)失速模型，建立一種雙盤面隨動流管模型。采用現(xiàn)有垂直軸風(fēng)力機的實驗數(shù)據(jù)對模型計算準確性進行驗證。
　　基于葉素理論計算理論變槳規(guī)律，研究理論變槳規(guī)律與翼型靜態(tài)氣動特性的關(guān)系，針對理論變槳規(guī)律的突變現(xiàn)象研究變槳規(guī)律修正方法。根據(jù)單葉定槳實驗數(shù)

5、據(jù)，進行變槳規(guī)律擬合研究。結(jié)合擬合變槳規(guī)律與葉片動態(tài)受力特性，提煉變槳規(guī)律設(shè)計原則。提出三種槳距角過渡方案，建立三種變槳規(guī)律數(shù)學(xué)模型。進行單葉變槳實驗，驗證變槳規(guī)律數(shù)學(xué)模型的有效性。
　　進行面向工程應(yīng)用的變槳規(guī)律研究。實驗研究葉片翼型與弦徑比對葉片動態(tài)氣動特性的影響。分別針對某非對稱翼型與弦徑比設(shè)計變槳規(guī)律，實驗研究變槳規(guī)律數(shù)學(xué)模型對其他翼型、其他弦徑比的適用性，并分析非翼型與弦徑比對變槳葉片氣動性能的影響。實驗研究變槳誤差對變