基于Savonius結(jié)構(gòu)的葉片可展式垂直軸風(fēng)力機(jī)性能研究.pdf

1、隨著近年來社會(huì)的發(fā)展和人們的生活對能源的需求日益增加，傳統(tǒng)能源諸如煤炭、石油遭到了過度開發(fā)利用，不僅導(dǎo)致了環(huán)境的污染，而且使得能源枯竭問題日益嚴(yán)重。因此，新型可再生能源的研發(fā)與利用成為國家長期發(fā)展的戰(zhàn)略需求。風(fēng)能是發(fā)展較為成熟的新能源之一，風(fēng)力機(jī)性能以及發(fā)電效率直接影響著風(fēng)電的利用與發(fā)展。由于水平軸風(fēng)力機(jī)的葉片設(shè)計(jì)制造和安裝難度較大，葉片對風(fēng)向和攻角的敏感性較大，對啟動(dòng)風(fēng)速要求較高，使得人們一直沒有放棄對垂直軸風(fēng)力機(jī)的研究和發(fā)展。為了進(jìn)

2、一步改善垂直軸風(fēng)力機(jī)的性能，本文利用Savonius型風(fēng)力機(jī)結(jié)合整流罩以及翼型葉片，提出了兩種新型的垂直軸風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)，針對所提出的結(jié)構(gòu)，開展性能分析和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的研究。
　　本文利用Fluent軟件模擬計(jì)算了Savonius型風(fēng)力機(jī)葉輪繞流流場的變化以及力矩特性變化。分析了靜力矩系數(shù)變化規(guī)律及其對風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)的影響；動(dòng)力矩系數(shù)變化規(guī)律及其對風(fēng)力機(jī)風(fēng)能利用率的影響，闡明了Savonius型風(fēng)力機(jī)性能所存在的問題。
　　研究了S

3、avonius型風(fēng)力機(jī)在不同葉尖速比條件下的流場變化，分析了流場的變化規(guī)律及其對Savonius型風(fēng)力機(jī)的影響，得出了制約Savonius型風(fēng)力機(jī)風(fēng)能利用率低的原因，為Savonius型風(fēng)力機(jī)的改進(jìn)提供了理論支持。
　　提出了兩種針對Savonius型風(fēng)力機(jī)的改進(jìn)方案，在Savonius型風(fēng)力機(jī)葉輪外圍增加整流罩結(jié)構(gòu)和用翼型葉片代替Savonius型風(fēng)力機(jī)弧形葉片。分析了風(fēng)力機(jī)整流罩結(jié)構(gòu)參數(shù)對流場的影響；同時(shí)研究了葉輪弧形葉片結(jié)構(gòu)

4、參數(shù)對流場的影響。通過仿真計(jì)算，獲得了整流罩內(nèi)外徑比以及導(dǎo)流板傾角等整流罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及葉片數(shù)目、葉片弦長和葉片傾角等弧形葉片的結(jié)構(gòu)參數(shù)對風(fēng)力機(jī)風(fēng)能利用率的影響規(guī)律。
　　建立了翼型葉片代替弧形葉片的風(fēng)力機(jī)幾何模型，選擇了對稱翼型NACA0012及其在流場中的運(yùn)動(dòng)方案。計(jì)算了翼型葉片在流場中的運(yùn)動(dòng)分析，應(yīng)用流管法求出模型中風(fēng)速影響因子，通過計(jì)算得出翼型葉片單邊展角、葉片打開的公轉(zhuǎn)角、葉片閉合的公轉(zhuǎn)角等參數(shù)對風(fēng)力機(jī)風(fēng)能利用率的影響。

5、最后通過計(jì)算獲得了翼型葉片各個(gè)參數(shù)對風(fēng)能利用率的影響規(guī)律，分析了幾何模型計(jì)算的可行性。
　　設(shè)計(jì)了一套用于測量風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能的測試系統(tǒng)，利用其測試了可展式葉片風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能，分析了該風(fēng)力機(jī)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響，并與仿真結(jié)果和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，分析了實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因，并提出了改進(jìn)意見。
　　綜上所述，本文提出了兩種改進(jìn)型Savonius風(fēng)力機(jī)的整流罩結(jié)構(gòu)和翼型葉片結(jié)構(gòu)，這兩種風(fēng)力機(jī)風(fēng)能利用率相比于Savonius型風(fēng)力機(jī)有