海上變槳距垂直軸風(fēng)機(jī)流體性能分析.pdf

1、隨著海上風(fēng)電技術(shù)的逐漸成熟,近海岸淺水區(qū)域的固定式基座海上風(fēng)電得到了快速發(fā)展。為了充分利用海上風(fēng)能資源,目前歐洲國(guó)家已經(jīng)開(kāi)展浮式海上風(fēng)電的研究和實(shí)驗(yàn),所提出的漂浮式風(fēng)電方案主要以水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)為對(duì)象進(jìn)行的浮式基礎(chǔ)設(shè)計(jì),但隨著風(fēng)機(jī)功率的逐漸增大,風(fēng)機(jī)重量、尺度非常大,需要龐大浮式基礎(chǔ)承擔(dān);同時(shí)由于水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)相互間干擾較大,一套基礎(chǔ)只能解決一臺(tái)風(fēng)機(jī)的安裝,且海上抗風(fēng)浪能力差,風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)成本將難以承受。
　　本文嘗試以垂直軸風(fēng)

2、力發(fā)電機(jī)為對(duì)象,設(shè)計(jì)一種全新的集群式漂浮式風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),以減小海上浮式基礎(chǔ)成本,增強(qiáng)其抗風(fēng)浪能力。為達(dá)到這一目標(biāo),必須開(kāi)展垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)流體性能研究,探索垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)群間流場(chǎng)相互干擾規(guī)律。本文首先根據(jù)工作環(huán)境和要求,提出垂直軸風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方案。為了提高其風(fēng)能利用率,設(shè)計(jì)了一個(gè)變槳機(jī)構(gòu),使葉片在旋轉(zhuǎn)圓周上的任意位置都保持最佳的攻角。并利用MATLAB軟件比較和分析了風(fēng)機(jī)在變槳前后輸出力矩的變化以及葉片攻角的改變。結(jié)果表明采用變槳后,

3、風(fēng)機(jī)葉片在上風(fēng)向的力矩最高可提高25％,同時(shí)減小在在下風(fēng)向的阻力力矩。
　　本文利用嵌入式滑移網(wǎng)格技術(shù)對(duì)處于均勻來(lái)流中的單臺(tái)風(fēng)機(jī)開(kāi)展數(shù)值模擬,來(lái)研究和分析垂直軸風(fēng)機(jī)的流體性能。借助模擬結(jié)果分析了風(fēng)機(jī)周?chē)俣葓?chǎng)和壓力場(chǎng)的分布情況以及每個(gè)葉片的具體受力情況。結(jié)果表明,采用嵌入式滑移網(wǎng)格技術(shù)模擬能較好地反映變槳距垂直軸風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)過(guò)程的流場(chǎng)。
　　由于實(shí)際風(fēng)場(chǎng)在不同高度上流速存在差異,本文又對(duì)處于垂向非均勻來(lái)流單臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了模擬,其進(jìn)

4、口速度在高度方向上呈梯度變化。模擬結(jié)果表明:葉片所受到的壓力沿展向呈對(duì)稱(chēng)分布,而沿橫向壓力變化具有多樣性;由于考慮了三維葉尖損失的影響,因此能更準(zhǔn)確的反映風(fēng)機(jī)的垂向流體性能;隨著高度的增加,尾流擴(kuò)散區(qū)的長(zhǎng)度也在逐漸增大。
　　為了研究集群式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)群間流場(chǎng)相互干擾規(guī)律,通過(guò)對(duì)其間距從100米到600米六個(gè)不同間距下對(duì)處于均勻來(lái)流下的六邊形布置的六臺(tái)風(fēng)機(jī)機(jī)群的流場(chǎng)展開(kāi)模擬。模擬結(jié)果表明:集群式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)群在小間距存在