離網(wǎng)經(jīng)濟型垂直軸風力發(fā)電機的研究開發(fā).pdf

1、風能作為全球最清潔的可再生能源,備受世界各國政府的關注,隨著現(xiàn)代科技和文明不斷進步,風力發(fā)電已成為發(fā)展本國經(jīng)濟和解決環(huán)境污染問題的一項熱門技術。
　　由于絕大多數(shù)偏遠地區(qū)的居民遠離電網(wǎng),導致用電匱乏,而這些地區(qū)多為風能資源可利用區(qū)。因此,研究開發(fā)滿足這些地區(qū)居民日常用電要求的離網(wǎng)型風力發(fā)電機對該地區(qū)顯得尤為重要。垂直軸風力發(fā)電機與水平軸相比,結構簡單,調試方便,轉速低且不受風向影響,對風場的要求較低。而水平軸風力發(fā)電機還存在噪聲大

2、、易傷及鳥類等問題,故垂直軸風力發(fā)電機成為解決該地區(qū)居民用電問題的首選。
　　現(xiàn)有的阻力型垂直軸風力發(fā)電機存在風能轉換效率低、功率控制能力差、葉片容易損壞、人機界面一直未被重視等實際問題,導致風力發(fā)電機可靠性低、壽命短、裝置的環(huán)境融合度差。因此,本文針對上述問題提出一種新型的離網(wǎng)經(jīng)濟型垂直軸風力發(fā)電機的結構。本文的主要工作如下:
　　1.離網(wǎng)經(jīng)濟型垂直軸風力發(fā)電機的結構設計。在比較和分析垂直軸風力發(fā)電機的優(yōu)缺點的基礎上,依據(jù)

3、相關標準進行理論計算確定零件結構的參數(shù)和整機布局。并運用Pro E繪圖軟件進行建模、裝配,得出整機的模型。
　　2.風輪葉片的氣動特性分析。采用 CFD數(shù)值模擬方法,結合 ANSYS-FLUENT軟件對風輪葉片進行氣動分析,在風速為10 m/s、45 m/s和葉尖速比為0.3的條件下,采用Realizable k-ε湍流模型對流場進行穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)分析,研究風輪葉片的轉化效率及表面的壓力分布情況。結果表明,內葉片迎風面的壓力較大,為

4、了控制風輪的輸出功率,應將泄荷閥安裝在內葉片的迎風面上;但為了使風輪結構簡單、緊湊且外形美觀,使得其風能利用效率稍有下降。此外,還對風輪在一個周期內的流場流動進行研究,深入探討風能轉換的理論方法,從而為實現(xiàn)風輪葉片參數(shù)優(yōu)化提供參考。
　　3.離網(wǎng)經(jīng)濟型垂直軸風力發(fā)電機結構的靜態(tài)及模態(tài)分析。采用有限單元法對關鍵部件和整機進行靜力學以及模態(tài)分析,分析風載荷對整機靜剛度的影響。然后,根據(jù)計算得出整機結構的固有頻率與振型,對其共振特性進行