新型随动变桨小型垂直轴风力机的技术开发与研究

发布时间：2017-03-19 00:05

  本文关键词：新型随动变桨小型垂直轴风力机的技术开发与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着全球能源危机的爆发,风能在众多新能源中凭借其高效、清洁的特点受到了各国的高度重视。基于开发风能资源在改善能源结构中的重要意义,本论文的主要目的是研究与开发一种垂直轴风力机的随动变桨技术,希望通过此技术使风力机的风能利用率提高。此变桨技术的基本原理是风力机不需要添加任何外加装置或动力的情况下,利用风力机主轴的旋转带动叶片的自转实现风力机叶片变桨。论文首先通过数值分析的方法对新型随动变桨垂直轴风力机的可行性进行了研究,计算结果显示:该风力机的转矩系数均高于传统垂直轴风力机和理想直叶片垂直轴风力机,说明该风力机可有效的增加风力机叶片所产生的力矩,对提高风能利用率是可行的;其次对其气动性能进行了研究,通过研究发现,其最大功率系数可以达到0.324,这相对于传统的垂直轴风力机而言,风能利用系数提高了20%左右,表明该风力机在气动性能方面具有一定的优势;然后对其力学模型的输出轴功率值进行了理论分析,得到了此类型的风力机输出轴功率与来流风的风向角、转臂旋转角速度、转臂半径、风速以及风力机叶片的面积变化关系式。最后在研究的基础之上,完成了新型随动变桨小型垂直轴风力机的结构设计与样机加工工作,为该类型风力发电机的定性设计和商品生产提供了相应的理论依据和设计思路。
【关键词】：随动变桨 可行性分析 理论分析 动态数值分析 结构设计
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-28
• 1.1 选题背景10-14
• 1.2 风力机的种类及优缺点14-16
• 1.3 垂直轴风力机的国内外相关研究现状16-25
• 1.3.1 阻力型垂直轴风力机及其动态特性17-20
• 1.3.2 升力型垂直轴风力机及其动态特性20-23
• 1.3.3 组合型垂直轴风力机及其动态特性23-24
• 1.3.4 柔性风力机的研究24-25
• 1.4 垂直轴风力机发展趋势25-26
• 1.5 课题研究内容及意义26-27
• 本章小结27-28
• 第2章 风力机空气动力学的基本理论与数值模拟理论及方法28-40
• 2.1 基本理论28-33
• 2.1.1 动量理论28-31
• 2.1.2 风轮尾流旋转时的动量理论31-33
• 2.2 数值模拟计算理论及方法33-39
• 2.2.1 流体流动的控制方程33-36
• 2.2.2 湍流的控制方程及湍流计算模型36-39
• 本章小结39-40
• 第3章 新型随动变桨小型垂直轴风力机可行性分析40-51
• 3.1 几何模型的建立40-44
• 3.1.1 随动变桨垂直轴风力机几何模型40-42
• 3.1.2 传统、理想直叶片垂直轴风力机的几何模型42-44
• 3.2 计算区域及控制方程44-45
• 3.2.1 计算区域44
• 3.2.2 控制方程44-45
• 3.3 边界条件设置与网格划分45-46
• 3.3.1 边界条件设置45
• 3.3.2 网格划分45-46
• 3.4 随动变桨垂直轴风力机气动参数及流场分析46-49
• 3.4.1 气动参数分析46-47
• 3.4.2 压力场及速度场分析47-49
• 3.5 对比分析49-50
• 本章小结50-51
• 第4章 新型随动变桨小型垂直轴风力机原理及计算51-66
• 4.1 新型随动变桨垂直轴风力机的原理51-53
• 4.2 轴功率计算公式的推导53-58
• 4.2.1 两叶片风力机轴功率计算公式的推导53-55
• 4.2.2 三叶片风力机轴功率计算公式的推导55-58
• 4.3 轴功率计算58-64
• 4.3.1 β角对输出功率的影响58-60
• 4.3.2 中心轴的旋转角速度ω_0对输出功率的影响60-62
• 4.3.3 转臂半径R对输出功率的影响62
• 4.3.4 风速大小V_f对 输出功率的影响62-64
• 4.3.5 风力机叶片大小对输出功率的影响64
• 本章小结64-66
• 第5章 新型随动变桨小型垂直轴风力机动态数值分析66-87
• 5.1 控制方程和滑移网格模型66-68
• 5.1.1 控制方程66-67
• 5.1.2 滑移网格模型67-68
• 5.2 新型随动变桨小型垂直轴风力机的二维动态计算68-79
• 5.2.1 物理模型及计算区域68-70
• 5.2.2 网格划分70-71
• 5.2.3 边界条件的设置71-72
• 5.2.4 求解器设定72
• 5.2.5 计算结果分析72-79
• 5.3 风速与转速的关系79-80
• 5.4 新型随动变桨小型垂直轴风力机的三维动态分析80-86
• 5.4.1 气动参数分析81-82
• 5.4.2 流场分析82-86
• 本章小结86-87
• 结论与展望87-90
• 1 结论87-88
• 2 展望88-90
• 致谢90-91
• 参考文献91-95
• 附录A 新型随动变桨小型垂直轴风力机的结构设计图95-102
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文102

  本文关键词：新型随动变桨小型垂直轴风力机的技术开发与研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：255222