直葉片垂直軸風力機研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展和人類認識水平的不斷提高，風力發(fā)電作為可再生能源被廣泛應用。風力機分為垂直軸與水平軸兩類，與水平軸風力機相比，垂直軸風力機有它獨特的優(yōu)點。兩者在設計方面雖然具有相同的理論基礎，但氣動性能卻有很大的差異，垂直軸風力機不能完全采用水平軸風力機的設計方法進行設計。對于如何提高垂直軸風力機的氣動性能，國內(nèi)外學者已經(jīng)進行過多方面的研究，但作為垂直軸風力機的設計理論和方法還不完備。因此，本課題針對直葉片垂直軸風力機各種設計參數(shù)對氣動性

2、能的影響、風輪的優(yōu)化設計、翼型和風輪的數(shù)值模擬方法進行探討，其主要內(nèi)容包括： 1．根據(jù)垂直軸風力機相關理論模型，利用MATLAB編程計算垂直軸風力機的功率系數(shù)并與實驗值進行對比，并分析直葉片垂直軸風力機的尖速比、風輪實度（葉片數(shù)、葉片弦長、風輪直徑、風輪高度）與功率和功率系數(shù)的關系； 2．根據(jù)風場風速的概率分布，以風輪最大年吸收功率為目標，基于Matlab軟件和遺傳算法進行直葉片垂直軸風力機風輪的優(yōu)化設計； 3．

3、為了提高風力機CFD模擬的計算精確度，特別是二維翼型的阻力系數(shù)計算精確度，本課題探討三種不同湍流計算模型、三種不同計算格式與六種不同網(wǎng)格在邊界層的分布對風力機翼型氣動性能參數(shù)計算精度的影響； 4．為分析直葉片垂直軸風力機流場特性，采用滑移網(wǎng)格技術模擬二維垂直軸風力機的非定常流場，并與多流管理論模型所得的特定過流斷面分布規(guī)律進行對比。同時，用滑移網(wǎng)格技術模擬了全三維的垂直軸風力機的非定常流場，并與二維模擬流場進行對比，分析之間的異

4、同及其影響因素。 通過研究分析得出以下結(jié)論： 1．雙向多流管理論模型更適合于垂直軸風力機的設計。以此為基礎研究尖速比和實度對直葉片垂直軸風力機功率系數(shù)的影響，計算顯示：尖速比增加，功率系數(shù)先增大后減小，近似成拋物線變化；實度增加，功率系數(shù)（效率）先增大后減小，最高效率位置向低尖速比區(qū)漂移，高效區(qū)范圍變窄； 2．基于垂直軸風力機雙向多流理論模型計算式，可知氣動性能與實度和尖速比有密切關系。通過遺傳算法進行搜索尋優(yōu)，

5、針對特定風場優(yōu)化設計的直葉片垂直軸風力機風輪，與已有的同樣掃風面積的垂直軸風力機風輪進行對比，發(fā)現(xiàn)設計結(jié)果有明顯的優(yōu)越性，其氣動性能有明顯增高，年輸出功率明顯增加，從而說明了該優(yōu)化設計模型的有效性與實用性； 3．在邊界層內(nèi)布置合適的網(wǎng)格點，采用k—ωsst湍流模型數(shù)值模擬，可使翼型阻力系數(shù)的計算精度明顯提高，并為直葉片垂直軸風力機風輪的數(shù)值模擬研究奠定了基礎； 4．直葉片垂直軸風力機風輪非定常數(shù)值模擬結(jié)果可與雙向多流管模