Savonius风力机叶片主要参数优化设计研究

发布时间：2017-08-23 08:02

  本文关键词：Savonius风力机叶片主要参数优化设计研究

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【摘要】：随着社会的不断进步,世界能源需求一直呈增长状态,但能源总量毕竟有限,长远下去能源的存储必然不能满足能源的需求,可见能源危机是我们亟待解决的问题。鉴于我国当前的能源结构现状,大力发展清洁能源势在必行。水平轴风力机依靠较高的风能利用系数,占据着风能发电的主要市场地位,但是在低风速下难以启动、在高风速时叶片的抗压能力不足成为制约水平轴风力机发展的因素。与之相对的垂直轴风力机,尽管风能利用系数不高但是风机具有结构稳定、启动性能好的优点,受到人们的关注。文中对Savonius风力机叶片的主要参数对风力机气动性能的影响开展了实验及数值模拟计算研究,从而对Savonius风力机叶片参数优化设计。首先基于内蒙古工业大学B 1/K 2低速风洞的实验条件,搭建叶片表面压力风洞测试实验平台,利用多点同步测压技术,对多组叶片的不同旋转角度进行叶片表面压力测试。所测叶片的特征参数除涉及原有的高径比、重叠比等以外,又引入一种新的优化参数弯度,该参数介于机翼理论的基础下提出的,即将翼型中弧线至弦线的最大垂直距离与弦线长度的比值定义为弯度。依据测试结果得出重叠比、高径比、弯度等对Savonius风力机的影响规律,发现弯度为0.3、0.4、0.5的三种测试叶片中,弯度为0.3的叶片性能较好;高径比为2、3、4的三种测试叶片形式中,高径比为4的叶片性能较突出;重叠比0.2、0.3、0.4的三种测试叶片中,重叠比为0.2的叶片性能较优。然后依据实验的结论,引入数值模拟研究方法,对弯度参数的影响进行细化分析。通过运用计算流体动力学(CFD)的方法,对弯度为0.2 5、0.3、0.3 5、0.4、0.4 5、0.5的六种不同叶片的Savonius风力机进行了数值模拟研究。对数值模拟的扭矩结果进行分析,得出弯度对于风能利用系数的影响规律,将其拟合为一个多项式并取极值,发现在弯度为0.3 6 1 4时Savonius风力机具有最高的风能利用系数。结合数值模拟中叶片附近速度场和压力场分布情况,对弯度的影响机理进行分析。分析得出减小弯度可以减少对气流的阻碍作用,使得叶片的背风面流速增加进而降低了压强,提高了叶片的最大力矩系数,另外减小弯度可以使叶片的阻力系数增加,并且使得叶片的压力中心位置向叶轮外侧移动,达到了提高Savonius风力机性能的目的。文中采取实验研究和数值模拟计算相结合的方法,揭示弯度、重叠比、高径比对Savonius风力机的影响规律,确定了最佳的弯度参数,为Savonius风力机的优化设计提供了理论依据。
【关键词】：垂直轴 Savonius风力机 弯度 数值模拟 实验研究
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题研究的背景和意义9
• 1.2 风力机的类型9-13
• 1.2.1 水平轴风力机9-10
• 1.2.2 垂直轴风力机10-13
• 1.3 垂直轴风力机的可行性分析13
• 1.4 国内外对于Savonius风力机研究现状13-15
• 1.4.1 国外Savonius风力机研究现状13-14
• 1.4.2 国内Savonius风力机研究现状14-15
• 1.5 课题研究的主要内容15-17
• 第二章 垂直轴风力机气动理论分析17-27
• 2.1 风力机气动理论和基本概念17-22
• 2.1.1 升力和阻力17
• 2.1.2 风功率17-18
• 2.1.3 贝茨理论18-20
• 2.1.4 空气动力学相关概念20-22
• 2.2 阻力型垂直轴风力机平均功率计算原理及性能提升方法22-27
• 2.2.1 阻力型垂直轴风力机平均功率计算22-23
• 2.2.2 阻力型风力机性能提升方法23-27
• 第三章 垂直轴风力机风洞试验27-43
• 3.1 风洞试验介绍27
• 3.2 实验仪器及测试叶片27-34
• 3.2.1 电子压力扫描阀27-30
• 3.2.2 热线风速仪30
• 3.2.3 测试叶片30-34
• 3.3 试验内容34-35
• 3.4 实验结果及其分析35-43
• 3.4.1 弯度对于Savonius风力机的性能影响35-39
• 3.4.2 重叠比对于Savonius风力机的性能影响39-40
• 3.4.3 高径比对于Savonius风力机的性能影响40-43
• 第四章Savonius风力机的数值模拟研究43-59
• 4.1 计算流体力学CFD基础43-44
• 4.1.1 CFD软件概述43
• 4.1.2 CFD方法原理43-44
• 4.2 Savonius风力机数值模拟44-51
• 4.2.1 几何模型44-49
• 4.2.2 计算调节设定49-51
• 4.3 Savonius风力机数值模拟的结果分析51-59
• 4.3.1 数值模拟的准确性验证51-52
• 4.3.2 基于扭矩的对比分析52-54
• 4.3.3 基于流场的对比分析54-55
• 4.3.4 基于压力场分布的对比分析55-59
• 结论59-61
• 参考文献61-64
• 致谢64-65
• 在读期间取得的科研成果65

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 于宁;狄洪发;赵荣义;;热线风速仪在动态热舒适性研究中的应用及测量的影响因素[A];全国暖通空调制冷2008年学术年会论文集[C];2008年

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本文编号：723875