垂直轴风力机翼型与叶片空气动力稳定性分析与优化
发布时间：2022-05-06 19:24
作为一种最可能与水平轴风力机处于互补地位占据风电市场的风电转换装置,垂直轴风力机从其概念诞生以来就备受关注。国内外研究学者纷纷对其进行提高风能利用率方面的研究,而其结果往往单方面提高风能利用率却忽略了风力机本身运行的稳定性和可靠性。由此本文从空气动力稳定性的角度切入以研究垂直轴风力机,基于稳定性的概念,设计了一套新的翼型和叶片。主要研究工作包括:引入翼型空气动力学的理论,在稳态求解器下通过速度合成方法计算平板、NACA 0012、NACA 23012翼型的升力、阻力、翻转力矩、空动中心,结果显示翼型的差异并没有造成太大的静力和翻转力矩差异;引入湍流的理论,在稳态求解器下通过速度合成方法计算NACA 0012、NACA 2412、NACA 23012翼型的湍动能、湍流强度、生成速率、耗散速率、湍流粘度,结果显示NACA 0012的TKE和TI特性最稳定,而NACA2412偏离度很大,其绝对值也最高,NACA23012的湍流粘度值最低;采用弦线迎合运动轨迹的思想,提出了基于Joukowski变形法和Trefftz构图法的垂直轴风力机叶片翼型设计方法,并设计出了LJY系列翼型;将新翼型和其他...
【文章页数】：116 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 空气动力稳定性
1.2.2 翼型设计
1.2.3 叶片构造
1.2.4 流体驱动仿真
1.3 本课题主要研究内容
第二章 翼型气动稳定性分析与计算
2.1 翼型力学性能分析与计算
2.1.1 利用空气动力学构建翼型力学模型
2.1.2 数值模拟
2.1.3 研究结果和讨论
2.2 翼型产生湍流分析与计算
2.2.1 利用统计理论构建翼型湍流模型
2.2.2 数值模拟
2.2.3 研究结果和讨论
2.3 小结
第三章 翼型正向设计
3.1 儒科夫斯基变换
3.2 特雷夫茨图解法
3.3 LJY(c/R)/(d/c)系列翼型生成
3.4 数值模拟设置
3.5 结果和讨论
3.6 小结
第四章 适用于垂直轴风力机的叶片探究比较
4.1 气流下洗、环量和基本翼方程
4.2 叶片后方近场分析
4.3 翼展分析对比
4.3.1 矩形叶片
4.3.2 椭圆形叶片
4.3.3 楔形叶片
4.3.4 后掠叶片
4.4 数值模拟
4.5 结果与讨论
4.5.1 静力和翻转力矩
4.5.2 湍流计算
4.5.3 涡流与翼展分布
4.6 小结
第五章 适用于垂直轴风力机的叶片设计
5.1 设计理念
5.2 LJY(s/R)/(?)叶片的构型设计
5.3 与螺旋叶片的不同
5.4 小结
第六章 垂直轴风力机流体驱动仿真
6.1 计算模型准备
6.1.1 风力机几何模型
6.1.2 质量和转动惯量
6.1.3 发电机的抗负载
6.2 流体驱动模拟
6.2.1 网格
6.2.2 求解器设置
6.3 结果和讨论
6.4 小结
第七章 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 展望
参考文献
专业术语词表
附录1 LJY(200/2000)/12形状及其100个位置点坐标
附录2 LJY(800/2000)/12形状及其100个位置点坐标
在攻读硕士学位期间公开发表的论文与参加的项目
A：在国内外刊物上发表的论文
B：授权发明专利
C：申请发明专利
D：参与项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]垂直轴风力机翼型研究现状及对策[J]. 曹阳,李巧梅,李小宁,吴国庆,朱维男,曹艳华. 现代制造工程. 2013(10)
[2]国外大型风力机技术的新进展[J]. 李晔. 应用数学和力学. 2013(10)
[3]垂直轴风力机叶尖速比分析研究[J]. 陈忠维. 可再生能源. 2008(05)
硕士论文
[1]5kW垂直轴风力机气动性能研究[D]. 李金龙.兰州理工大学 2014
[2]10kW的H型垂直轴风力机的静动力学分析[D]. 李佳佳.华北电力大学 2014
[3]Darrieus型垂直轴风力机自由尾迹模型评估及气动性能分析[D]. 施璐.华中科技大学 2013
本文编号：3651061
【文章页数】：116 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 空气动力稳定性
1.2.2 翼型设计
1.2.3 叶片构造
1.2.4 流体驱动仿真
1.3 本课题主要研究内容
第二章 翼型气动稳定性分析与计算
2.1 翼型力学性能分析与计算
2.1.1 利用空气动力学构建翼型力学模型
2.1.2 数值模拟
2.1.3 研究结果和讨论
2.2 翼型产生湍流分析与计算
2.2.1 利用统计理论构建翼型湍流模型
2.2.2 数值模拟
2.2.3 研究结果和讨论
2.3 小结
第三章 翼型正向设计
3.1 儒科夫斯基变换
3.2 特雷夫茨图解法
3.3 LJY(c/R)/(d/c)系列翼型生成
3.4 数值模拟设置
3.5 结果和讨论
3.6 小结
第四章 适用于垂直轴风力机的叶片探究比较
4.1 气流下洗、环量和基本翼方程
4.2 叶片后方近场分析
4.3 翼展分析对比
4.3.1 矩形叶片
4.3.2 椭圆形叶片
4.3.3 楔形叶片
4.3.4 后掠叶片
4.4 数值模拟
4.5 结果与讨论
4.5.1 静力和翻转力矩
4.5.2 湍流计算
4.5.3 涡流与翼展分布
4.6 小结
第五章 适用于垂直轴风力机的叶片设计
5.1 设计理念
5.2 LJY(s/R)/(?)叶片的构型设计
5.3 与螺旋叶片的不同
5.4 小结
第六章 垂直轴风力机流体驱动仿真
6.1 计算模型准备
6.1.1 风力机几何模型
6.1.2 质量和转动惯量
6.1.3 发电机的抗负载
6.2 流体驱动模拟
6.2.1 网格
6.2.2 求解器设置
6.3 结果和讨论
6.4 小结
第七章 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 展望
参考文献
专业术语词表
附录1 LJY(200/2000)/12形状及其100个位置点坐标
附录2 LJY(800/2000)/12形状及其100个位置点坐标
在攻读硕士学位期间公开发表的论文与参加的项目
A：在国内外刊物上发表的论文
B：授权发明专利
C：申请发明专利
D：参与项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]垂直轴风力机翼型研究现状及对策[J]. 曹阳,李巧梅,李小宁,吴国庆,朱维男,曹艳华. 现代制造工程. 2013(10)
[2]国外大型风力机技术的新进展[J]. 李晔. 应用数学和力学. 2013(10)
[3]垂直轴风力机叶尖速比分析研究[J]. 陈忠维. 可再生能源. 2008(05)
硕士论文
[1]5kW垂直轴风力机气动性能研究[D]. 李金龙.兰州理工大学 2014
[2]10kW的H型垂直轴风力机的静动力学分析[D]. 李佳佳.华北电力大学 2014
[3]Darrieus型垂直轴风力机自由尾迹模型评估及气动性能分析[D]. 施璐.华中科技大学 2013
本文编号：3651061
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3651061.html
