基于汽车风速的风能发电系统研究

发布时间：2019-08-15 08:19

【摘要】：随着生活水平不断提高,人们对汽车的需求越来越多,这给环境带来的危害也越来越多。为了缓解汽车对环境的危害,目前有很多学者对汽车利用走行风发电这一领域进行探索研究,21世纪以来多位学者申请的关于车载风力发电技术的专利被国家知识产权局授权。本文论述的基于汽车风速的风能发电系统主要研究利用汽车行驶过程中的风能来发电的系统,该发电系统可以将风能转变为电能回馈给汽车利用,以达到节能环保的目的。通过对贝茨理论等风能发电技术的理论学习以及借鉴前人的研究成果,设计一种车载风能发电系统。车载风能发电系统安装在汽车车身通风口中,包括导风罩、风力发电机、叶片、整流器等装置。利用计算流体动力学方法,在Gambit中建立导风罩三维有限元风洞模型,利用Fluent对导风罩尺寸参数进行流体仿真,得到导风罩尺寸参数优化结果。根据导风罩尺寸,设计出叶片数量、布局、尺寸,利用解析法、仿真法求解出叶片攻角和安装角。根据已有的风洞实验装置,选择发电机、蓄电池等发电部件,设计出与发电机装配的实验台、发电机与叶片的装配方法、叶片攻角和安装角的调整方式。将设计的所有零件加工并进行风洞实验,得到了车载风能发电系统的速度损失；得到了当风速为20m/s时,汽车车载风能发电系统的发电功率以及风能利用系数；验证了叶片攻角、安装角的仿真结果；探究不同风速下的发电性能,估算了汽车车载风能发电系统可以为纯电动汽车增加的电能。最后对利用汽车风能发电提出了一些建议。
【图文】：

方程式,风洞

纳斯两人在一家不愿公开名字的“燃料和日用品企业”赞助下，设计出“方程式八￡”(?00111113八￡)跑车[8],如图1.1所示。图1.1方程式AE跑车Fig. 1.1 Formula AE sports car这款双座跑车有4个通风口，其中两处在车身前部，另外两处分别位于车身两侧，方向朝后，这四个通风口在跑车的两侧各形成一个风洞，每个风洞中都有一个交流发电机。跑车首先利用太阳能电池启动，由车载可充电蓄电池驱动正常行驶。跑车正常行驶过程中，汽车前方气流高速通过汽车侧面的两个风洞，与此同时，隐藏在车身风洞中的交流发电机受到风的吹动开始转动发电，发出的交流电通过与交流发电机相匹配的整流器转变为直流电，这些额外直流电能源将储存在蓄电池中，帮助汽车续程并防止太阳能电池过快耗尽。跑车行驶过程中，汽车两侧风洞中的两个风力发电机可以增加汽车全部电量的20%额外电量。跑车使用先进的交互感应电流发动机

导风罩,仿真结果,方向,入口风速

表3.1叶片前端附近点（240，0，-199)的速度Table 3.1 Speed of specific point (240，0，-199) around leaf blade near the tip导风罩入口风速20m/s X方向速度 Y方向速度 Z方向速度合速度点（240，0，-199) 5^ OAm/s 125m/s 125m/s根据式（3.2)与表3.1可知，速度减小量：？7=(v2-V2')/V^(154-125)/154=19%<20% (3.25)根据式(3.21)可知，导风罩的入口风速为2Om/s、04=O°时，设计尺寸为Z>=200mm、D=360mm、//=90mm的导风罩满足增速最优条件，导风罩可以按照参数Z=200mm、Z)=360mm、//=90mm进行设计加工。3.2导风罩设计设计导风罩装配图如图3.8所示，各个零件图如图3.9所示。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614

【参考文献】