垂直轴风力机翼型优化及数值模拟

发布时间：2020-10-29 20:12

　　 随着环境治理的进一步深入,风能作为清洁能源备受青睐,垂直轴风力机也因为结构简单,启动性能好等优点获得越来越多的关注。翼型作为垂直轴风力机的核心要素,现在大多采用的还是航空翼型,但是航空翼型主要关注的是翼型的升阻比,并不考虑翼型的能量转化效率,这不符合风力机翼型选择的实际情况。本文主要是以NACA0018为初始翼型,然后通过使用遗传算法对该初始翼型的几何参数进行优化,再通过数值模拟来比较优化前后翼型的气动性能、升阻比和效率获得合适的垂直轴风力机翼型。本论文完成了以下几个方面的研究：①、通过对垂直轴风力机工作原理进行分析,掌握风力机产生正转矩的范围,然后通过动量定律的推导、修正和受力分析得出升阻力系数和能量转化效率的表达式,最后介绍CFD中湍流方程和动态网格等理论,为接下来的优化和数值模拟奠定理论基础；②、采用遗传算法,进行翼型的几何优化和反设计。选择最大厚度和翼型面积不小于初始翼型,及新的翼型曲线保持平滑连续作为约束条件,并使用FLUENT模拟优化后的翼型,选出最符合条件的实验翼型；③、通过gambit建立实验用的垂直轴风力机的三维模型,得到风力机的速度云图,了解优化翼型的运行特性,并获取风力机的启动转矩和能量转化效率等各项数据,找出最合适的叶片安装角；④、实验数据处理分析,计算出风力机实际运行时的能量转化效率及转矩系数,验证仿真结果和选择垂直轴风力机的合理性。通过遗传算法和数值模拟相结合,使垂直轴风力机的设计周期更短,更全面地考虑影响风力机性能的各种因素,形成一套高效率易启动H型垂直轴风力机的设计方案。
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TK83
【部分图文】：

图１－１?Ｓａｖｏｎｉｕｓ型风轮?

高都有较大的影响，也降低了垂直轴大规模利用的可能性。随着数值模拟法的向前发展，通过遗传算法和ＦＬＵＥＮＴ数值模拟来优化垂直轴风力机成有实际意义和研究价值的课题。??内外研究现状??垂直轴风力机的发展??今，实际利用的垂直轴风力机包括阻力型和升力型两个类型，也有部分升机型。阻力型风力机主要依靠叶片在来流风速下产生的阻力使风轮转动，的自启动性能，在风速较小的地方也可Ｗ使用。最开始为人类利用的就是垂直轴风力机，这种风力机具有低转速和扭矩大的特点，在古时候的中国水等工作。主要的阻力型垂直轴风力机有Ｓａｖｏｎ山Ｓ型和祸轮型，在１９巧年，??Ｓ．Ｊ．Ｓａｖｏｎｉｕｓ王程师发明了?Ｓａｖｏｎｉｕｓ型风力机Ｗ，机构图如１－１。为使垂直既能低速启动，又可Ｗ保证效率，诞生了如下有机结合Ｓ型与达里沃斯型混合式风能利用装置，如图１－２。为了能产生更大的启动转矩，采用多个Ｓａｖｏｎｉｕｓ合，如图１－３。??＾??

升力型垂直轴风力机因为叶片的形状和整体结构的不同，类型可分为直叶片Ｈ?＇??型、经典达里厄型和变形的Ｈ型垂直轴风力机，图１－４所示的菱形、Ａ型、Ｈ型、??〇型和Ｙ型等Ｐ１。升力型风力机主要分为直叶片和带有一定弯曲度的弯叶片，分别??型和０型为代表。翼型是Ｗ剖面的形式存在于叶片上的，来风在风力机叶片??附近的化动会带来力矩的作用。Ｈ型风力机虽然形式简单，但是会有离也力的出现，??这会导致风力机叶片的连接处会产生降低叶片强度的应力。但是当采用带有一定弧??度的垂直轴叶片时就只会带来张力，而没有离也力的产生。因此在（Ｄ型风轮被大量??采用，也使得弯曲应力将大幅度的降低。由于同等条件下，相比于弯曲应力，叶片??更能够承受材料的张力，〇型的垂直轴风力机叶片的质量相对比较轻，因此实际的??运转也比直叶片要快Ｗ。但巫型叶片也有自己的劣势，难Ｗ实现变楽距的方式來自??启动和控制风轮的转速
【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 ;垂直轴风力发电机舷翼结构技术在沪推出[J];东方电机;2012年04期

2 程江涛;陈进;沈文忠;朱卫军;王旭东;;基于最大风能利用系数的风力机翼型设计[J];机械工程学报;2010年24期

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1 王晓鹏;遗传算法及其在气动优化设计中的应用研究[D];西北工业大学;2000年

2 汪鲁兵;竖轴潮流水轮机水动力性能理论与实验研究[D];哈尔滨工程大学;2006年

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本文编号：2861393