装有可摆动挡风片的Savonius风轮静态转矩的研究

发布时间：2020-08-19 12:03

【摘要】：能源危机日益严峻,风能作为清洁能源,因其开发潜能巨大越来越受到人们关注,Savonius风轮是较为常见的一种垂直轴风力发电机,其特点是转矩大,启动风速低,但效率较低,因此为提高Savnius风轮的效率,论文主要研究成果如下： (1)对现有的Savonius风轮优化方法进行分析,总结了三个Savonius风轮的研究方向：参数优化,组合优化和辅助结构优化,通过对比分析,确定辅助结构优化作为论文的优化方向。 (2)叶片优化分为两个阶段：第一阶段提出一种导流孔优化模型,进行风洞实验和模拟仿真，检验优化效果和仿真效果第二个阶段提出一种可摆动挡风片的风轮结构设计,通过模拟仿真的方法检验其优化效果。 论文设计了含导流孔的Savonius风轮的风洞实验,通过实验结果与CFD仿真结果进行对比,验证CFD仿真的可靠性。接着分析了三种不同的仿真方法：三维网格划分,滑移网格以及静态网格划分方法,对比三种网格划分方法及计算结果,选择静态网格划分方法计算装有可摆动挡风片的风轮静态转矩。 (3)论文选择三叶片的Savonius风轮作为基础模型,根据现有研究成果设计风轮的基本参数,设计风轮模型结构,并对其转轴危险截面进行校核,同时选择合适尺寸的轴承并对其承载能力和使用寿命进行校核。 论文设计了一种新型的挡风片机构作为提升其效率的方式,本文提出的挡风片为长方形薄片,安装于叶片末端,挡风片能够以其自身的尖端为转轴在一定范围内自由摆动,风轮上有两个限位销对挡风片进行限位。当叶片处于迎风状态时,挡风片位于限位位置,此状态下挡风片能为风轮提供额外的转矩,其余状态挡风片自由摆动,挡风片对风轮转矩影响较小。 (4)论文在验证CFD仿真可靠性的基础上,采用二维静态网格划分方法作为CFD网格划分方法,通过对风轮静态转矩的研究发现风轮转矩系数的平均值从0.64提升至0.83;风轮在[-10°,80°]范围内挡风片增矩效果明显,[80°,100°]范围内增矩效果较弱;叶片平均转矩由0.56提升至0.73。一个周期内,单独叶片的转矩变化平均值仅为0.03,因此挡风片对风轮转矩的提升主要来自于挡风片受到的力矩。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK83
【图文】：

学位论文第l章绪论，宋应星的《天工开物》里记载:“扬郡以风帆数扇，侯风转车，风息则止地区也有用风力提水灌溉、制盐的记录。也从很早就开始利用风能，最有名的是荷兰风车，荷兰风车源自于德国，二十多米长。荷兰风车不仅为荷兰的农业发展提供了重要的帮助，也保护土地免受洪涝之灾。的风车分为立式和卧式的，类似于现在的垂直轴风轮和水平轴风轮，顾名轴为立式或者卧式。近现代，人们开始使用风力进行发电，通过风轮带动发电机产生电能，产压、整流处理后，或并入电网，或储存到电池里，或直接用于负载上。1工业奠基人之一的CharleSF.Brush在俄亥俄州的克利夫兰市安装了世界且用于发电的风轮，图1.1为当时风车的照片，风车叶轮直径为17m，有电功率为12KW，产生的电能用来给蓄电池充电。

学位论文第l章绪论，宋应星的《天工开物》里记载:“扬郡以风帆数扇，侯风转车，风息则止地区也有用风力提水灌溉、制盐的记录。也从很早就开始利用风能，最有名的是荷兰风车，荷兰风车源自于德国，二十多米长。荷兰风车不仅为荷兰的农业发展提供了重要的帮助，也保护土地免受洪涝之灾。的风车分为立式和卧式的，类似于现在的垂直轴风轮和水平轴风轮，顾名轴为立式或者卧式。近现代，人们开始使用风力进行发电，通过风轮带动发电机产生电能，产压、整流处理后，或并入电网，或储存到电池里，或直接用于负载上。1工业奠基人之一的CharleSF.Brush在俄亥俄州的克利夫兰市安装了世界且用于发电的风轮，图1.1为当时风车的照片，风车叶轮直径为17m，有电功率为12KW，产生的电能用来给蓄电池充电。

CWEA的统计，2010年中国(不含台湾省)新安装风力发电机机组12904台，装机量18927.99MW，同比增长37.1%，累计安装风机机组34485台，装机量44733.29MW。如图1.3为2006年至ZOro年我国风电产业新增和累计的装机量[l川。

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本文编号：2797066