多叶片Savonius垂直轴风力机的设计与数值分析

发布时间：2020-10-21 17:59

　　 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
【文章目录】：
摘要
Abstract
1. Itroducti
    1.1 Role of Wind Power
    1.2 Comparing Wind Turbines
    1.3 Optimized Types of the Savonius Wind Turbine
    1.4 Scope of the present thesis
    1.5 Summary
2. Design of the Wind
    2.1 Rotor
    2.2 Mobile Shield
    2.3 Stator
    2.4 Roller bearings
    2.5 Base
    2.6 Generator
    2.7 Summary
3. Numerical Study using Computational Fluid Dynamic
    3.1 CFD Modeling
    3.2 “S”rotor principle
    3.3 (Adding external devices to improve efficiency
    3.4 Rotor Optimization
    3.5 Full and Half Shield Optimized Rotor
    3.6 Standard Savonius Rotor
    3.7 Optimized Rotor with Stator
    3.8 Efficiency -Tip Speed Ratio
    3.9 Summary
4. Experiment
    4.1 Installation
    4.2 Measurements
    4.3 Coupling with the generator
    4.4 Summary
5. Future
6. Conclusi
    6.1 Summary
    6.2 Achievements
    6.3 Acknowledgments
参考文献
附录 作者作作期作发表的论文

【引证文献】

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本文编号：2850430