多叶片Savonius垂直轴轴力机的设计与数值分析

发布时间：2020-09-24 17:46

　　 垂直轴风力机分为两大类:DARRIEUS(升力型,简称H型)和SAVONIUS(阻力型,简称S型)。两叶片的升力型风力机启动转矩低但效率较高,阻力型风力机具备高的启动转矩但效率很低。现在流行设计混合型风力机(将S型和H型风力机的设计思想综合在同一模型上),它能够利用升力与阻力。许多学者利用低成本的办法来单独提高启动转矩和效率。最常见的措施是改变叶片数以及优化叶型。 SAVONIUS风力机总成本低,制造和维修简单,虽然效率较低,但它适用于风速低的居民区。本文研究的目标就是设计一台高效低成本的阻力型垂直轴风力机,并选用六个叶片的SAVONIUS型式。 SAVONIUS风力机的转子在风速很低的情况下开始向外输出功率,在风速很高的情况下依然能够持续输出。因为利用风速的范围很广,虽然效率低,但是这种风力机还是很受欢迎。由于SAVONIUS风力机基本上能够一直输出功率,它的年发电量远远高于同尺寸的水平轴风力机。 原装SAVONIUS的输出功率较低有两个原因:(1)风打到叶片凸面上引起负转矩;(2)随着转子的旋转,其转矩由高到低变化幅度很大。两叶片SAVONIUS风力机的最大缺点是:随着转子的旋转,转矩会下降到为接近零的程度。在某一些角度下,转子无法启动,而多叶片能够确保转矩的稳定性。 本文所介绍的提高效率的方法为: (1)增加叶片数目和优化设计 (2)不让来流风打到叶片的凸面上,即可以用一种“盾”或导叶把叶片的凸面盖住。 目前的阻力型风力机,尚未看到含“盾”或挡风板的型式,所以本文以这种含“盾”的风力机为研究对象,开展风力机的CAD设计、CFD分析和样机制造等工作。二维CFD计算的结果显示,这种新型的风力机比常规垂直轴风力机效率高出约20%。从样机的制造角度来看,含导风结构的风力机有弊病,即进口须保持对风以及稳定性,减少摩擦;要达到这种要求将带来设计和运行的复杂化。另外,单独采用转子的风力机型式的效率并不低,而且简单方便,可以接受任何角度的风源而不需要对风的条件。因此,开展转子的优化设计研究工作非常有必要。 本研究设计出了一种效率高且成本低的垂直轴风力机。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2011
【中图分类】：TK83

【参考文献】

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本文编号：2826056