垂直軸風(fēng)輪的二維氣動特性數(shù)學(xué)建模與分析.pdf

1、風(fēng)能是一種清潔的可再生能源，是全球能源結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，其對環(huán)境保護(hù)、維持生態(tài)平衡、減少對傳統(tǒng)能源的依賴和改善能源結(jié)構(gòu)都有重要意義。垂直軸風(fēng)力機相比于水平軸風(fēng)力機有許多優(yōu)勢：結(jié)構(gòu)簡單、安裝維護(hù)方便、無需對風(fēng)裝置等。而由于垂直軸風(fēng)輪氣動特性復(fù)雜：來流穿過風(fēng)輪時速度、壓力等隨時間不停變化，如何建立反映其物理本質(zhì)的數(shù)學(xué)模型并尋求高效率、高準(zhǔn)確度的設(shè)計依據(jù)，以提高風(fēng)能利用率已成為垂直軸風(fēng)力機設(shè)計領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問題。
　　首先，本文介紹

2、了垂直軸風(fēng)力機的幾種基本研究方法，包括計算空氣動力學(xué)方法、數(shù)值方法和試驗方法，重點介紹了動量方法中的多流管模型方法和雙多流管模型方法，為下面二維模型的建立提供理論依據(jù)。
　　其次，基于葉素動量理論，通過分析阻力型垂直軸風(fēng)輪凸凹面葉片的受力狀況，理解其工作原理，從而建立阻力型垂直軸風(fēng)輪的二維氣動特性的數(shù)學(xué)模型，給出了阻力型垂直軸風(fēng)輪平均功率的計算公式，并由此模型分析了阻力型垂直軸風(fēng)輪的性能提升方法；此外，通過充分分析風(fēng)輪葉素的受力狀

3、態(tài)及速度矢量關(guān)系，建立了 H型垂直軸風(fēng)輪的二維氣動模型并給出了其平均功率計算公式，然后分析了攻角隨方位角的變化規(guī)律，以及葉尖速比等參數(shù)的變化對風(fēng)輪性能的影響；最后，根據(jù)雙多流管模型，建立了垂直軸風(fēng)輪的二維氣動特性模型，并將模型在MATLAB軟件中進(jìn)行程序?qū)崿F(xiàn)以減少其計算量，并以一種3葉片H型風(fēng)輪為例對模型進(jìn)行了驗證，結(jié)果表明模型對垂直軸風(fēng)輪的設(shè)計及功率預(yù)測都是實用有效的。
　　最后，對前面給出的算例進(jìn)行了二維數(shù)值模擬，先利用 CA