小型低风速垂直轴风力机的设计与实验研究

发布时间：2020-08-21 22:43

【摘要】：随着社会经济的快速发展,人类活动对常规化石能源的需求也越来越大,人类正面临着以化石燃料为基础的能源体系所带来的一系列威胁：资源枯竭、环境污染、生态恶化等。预计到本世纪中叶,常规化石能源将无法再满足人类发展的需求。 风能作为一种清洁的可再生能源,经过几十年的发展,已成为了具有一定竞争力的新能源发电方式；日益完善的风力发电技术凭借其低成本高环保的优势,再次受到了世界各国的广泛关注。 在综合了基本风力机理论及大量风力发电实践资料的基础上,本文比较分析了目前常见的水平轴风力机与垂直轴风力机的优缺点。结合我国风能资源的分布状况,针对部分地区常年小风不断而大风天少的天气特点,本文将工作重心放在了各项性能参数明显有利于在低风速状态下自启动的塞内加尔型风轮及其导风板的研究上。 对塞内加尔风轮及其导风板的性能分析,本文主要从数值模拟和实物实验两个方面入手。数值模拟方面,选用CFD软件FLUENT,首先确定了风轮导风板组合的流体模型为二维非定常不可压缩粘性流体,控制方程使用S-A湍流方程,使用二阶迎风格式离散,压力速度场的计算采用SIMPLE算法(暂不考虑重力影响)。之后,对使用FLUENT软件后得到的塞内加尔风轮(加装导风板前后)的压力云图、速度矢量图、速度云图和流体质点迹线图分别进行了分析和比较。 实验方面,在确定了塞内加尔风轮的叶片数量、半圆柱板半径、矩形板宽度及所处的位置后,将其做成直径为200mm的风轮。相应的,我们也得出了与之匹配的导风板的设计参数,做成了实物模型。随后,利用风洞实验,借助风速表、转速表、变频器等仪器的帮助,我们研究了不同设计参数的风轮在使用导风板前后的性能变化,得到了导风板能大大提升风力机风能利用效率的结论。 此外,为了找到最佳的导风板安装角度,我们用正交试验的方法将其进一步细分,并用FLUENT软件模拟,得到了风轮在各个导风板角度获得的气动扭矩。通过横向比较,我们确定了导风板安装角度的最佳安装范围,并在后续的风洞实验中验证了这一结论。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK83
【图文】：

图1一3全球累计装机容量的年增长率走势图(1997~2007)‘6〕截止2007年，从累计装机容量的角度，德国以22.27GW卫冕全球第一。从绝对增长数额上，美国、西班牙和我国位列新增装机容量的三甲，分别为5.22GW、3.52GW和3.31GW。另外两个国家在风电发展方面成为新的亮点，一个是核电大国法国，新增装机容量达到888MW，同比增长56.7%;另一个为土耳其，新增装4

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本文编号：2799935