基于CFD数值模拟的垂直轴风力机气动设计

发布时间：2020-06-20 02:05

【摘要】： 随着社会的发展,现今对能源的需求在不断增加,由于对环境污染的担忧,开发和利用新能源,特别是可再生能源,已成为当今世界各国的紧迫任务。风能作为一种可以规模化使用的可再生能源已经受到广泛的重视。 风能主要由风力机来进行采集发电。风力机分为水平轴风力机(HAWT)和垂直轴风力机(VAWT),水平轴风力机由于技术较为成熟而被广泛应用。随着研究实践的深入,垂直轴风力机也因其众多的优点而被重视,开发性能优良的垂直轴风力机也被很多风力机厂商提上日程。而风力机的核心部件-叶片占到了风机制造成本的1/3,其空气动力学性能也直接影响到了风机整机的风能转化效率。正是基于此,本文旨在利用CFD数值模拟方法对垂直轴风力机展开气动设计。 本文归纳了垂直轴风力机的不同发展历程,介绍了计算流体动力学方法(CFD方法)在垂直轴风力机叶片设计中的应用,总结了影响风机空气动力学性能的主要因素,即叶片翼型、尖速比、密实度、叶轮形状等。同时,归纳了CFD软件(FLUENT)的数学理论基础以及CFD数值模拟的求解过程。采用CFD方法对翼型进行数值模拟计算,得出了性能较为优越的翼型。使用该翼型对风力机叶片进行二维建模,并采用CFD方法对二维模型进行数值模拟。比较不同参数下风力机的风能转化系数和不同参数下的流场分布,得出了不同参数下风轮的风能转化系数分布规律以及流场变化规律。利用二维数值模拟的结论设计出额定功率为100kW的垂直轴风力机叶片,并对其做三维CFD数值模拟,对风力机的功率进行校核。 论文的研究成果有着很好的工程应用价值,并对垂直轴风力机的气动设计有着重要的指导意义。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK83
【图文】：

下降；轴风力机的设备可放置在地面，大幅降低安装与维好；轴风机的叶片多采用等截面翼型，制造工序简单，轴风力机可通过适当提高叶轮的高径比增加其扫风积风能利用，有利于垂直轴风力机向大型化，产业轴风力发电机产生的气动噪声较小。风力机类型风机叶轮的推动方式的不同，可以将风力机分为阻风力机力机是最早形式的垂直轴风力机，其典型代表-垂直年的应用历史[13]，而资料有详细记载的是建于公元图 1-1 所示：

机最早形式的垂直轴风力机，其典型代用历史[13]，而资料有详细记载的是建于 所示：图 1-1 中国古代的垂直轴风车Fig.1-1 VAWT in ancient China轴风车属于平板型风轮，其简化的平

【引证文献】

相关期刊论文 前1条

1 惠万馨;顾煜炯;刘莎莎;王向志;;垂直轴风力机三维气动性能的数值模拟及分析[J];现代电力;2013年01期

相关硕士学位论文 前4条

1 李连升;小型H型垂直轴风力机叶片翼型流固耦合分析及塔架静动力研究[D];山东大学;2012年

2 谈宏飞;新型组合式垂直轴风力机的优化设计[D];浙江工业大学;2012年

3 李振朋;升力型、升阻型垂直轴风力机气动计算和优化设计[D];兰州理工大学;2013年

4 惠万馨;垂直轴风力机气动性能分析与优化设计[D];华北电力大学;2013年

本文编号：2721695