自适应阻升转换垂直轴风力机及其动态特性的研究

发布时间：2020-12-18 06:06

　　近年来，不断增加的环境污染、激增的能源需求和矿物燃料的持续减少，使人们对可再生能源的关注显著提高。在这些能源中，风能是较廉价并且发展最快的可再生能源。因此人们进行了大量的工作来研究如何有效得利用这种能源，其中风力机是最主要的一种形式。风力机主要分为水平轴风力机和垂直轴风力机，与水平轴风力机相比，垂直轴风力机具有无需对风、易维护、叶片结构简单等优点越来越受到人们的重视。垂直轴风力机主要分为阻力型风力机、升力型风力机和组合型风力机。本课题综合阻力型和升力型风力机的优点，提出了一种自适应阻升转换垂直轴风力机（VAWT-SDLC），该风力机克服了传统阻力型风力机效率低和升力型风力机起动困难的缺点。本文对该风力机的动态特性进行了实验研究和理论分析，并建立了工作模式判定模型和性能预测模型。本文首先研制了VAWT-SDLC原理样机及其性能测试装置。风力机主要由叶片、支撑臂和轴承座几部分组成，明显特征是每组叶片都由活动叶片和固定叶片组成，活动叶片可以根据风速和转速的情况进行开合，使风力机实现工作模式的自动转换。测试装置包括风洞、风力机本体和测试系统，测试系统可以进行风力机的转速和转矩采集，输出信号可通... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：135 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的来源及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 阻力型垂直轴风力机及其动态特性
        1.2.2 升力型垂直轴风力机及其动态特性
        1.2.3 组合型垂直轴风力机及其动态特性
        1.2.4 垂直轴风力机的性能预测模型
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 自适应阻升转换垂直轴风力机的实验设计
    2.1 引言
    2.2 自适应阻升转换垂直轴风力机
        2.2.1 低风速运行原理
        2.2.2 高风速运行原理
    2.3 风力机的结构设计
    2.4 气动性能测试系统
    2.5 课题主要实验内容
        2.5.1 自起动特性实验
        2.5.2 动态转矩实验
    2.6 本章小结
第3章 自适应阻升转换垂直轴风力机阻力模式下的性能预测模型
    3.1 引言
    3.2 叶片运动分析
        3.2.1 叶片组运动分析
        3.2.2 活动叶片运动分析
    3.3 基于叶素理论的叶片受力分析
        3.3.1 第一区域叶片的受力分析
        3.3.2 第二区域叶片的受力分析
        3.3.3 第三区域叶片的受力分析
        3.3.4 风力机的转矩和功率
    3.4 诱导速度因子的求解
        3.4.1 动量定理
        3.4.2 双盘面多流管模型
    3.5 模型的验证
    3.6 本章小结
第4章 自适应阻升转换垂直轴风力机的自起动特性研究
    4.1 引言
    4.2 风力机的自起动
    4.3 自适应阻升转换垂直轴风力机的静态自起动特性
        4.3.1 VAWT-SDLC 与 Darrieus 直叶片风力机的对比研究
        4.3.2 设计参数对自适应阻升转换垂直轴风力机的影响
    4.4 自适应阻升转换垂直轴风力机的动态自起动特性
        4.4.1 叶片数对动态自起动的影响
        4.4.2 直径对动态自起动的影响
        4.4.3 风速对动态自起动的影响
    4.5 本章小结
第5章 自适应阻升转换垂直轴风力机的阻升转换特性研究
    5.1 引言
    5.2 工作模式判定数学模型的建立
        5.2.1 工作模式的定义
        5.2.2 活动叶片最易展开的位置
        5.2.3 气流对活动叶片的推动力
        5.2.4 活动叶片受到的离心力
        5.2.5 工作模式判定函数及其求解方法
    5.3 工作模式判定数学模型的验证
        5.3.1 工作模式的风洞测试
        5.3.2 模型计算结果
    5.4 阻升转换特性的风洞实验研究
        5.4.1 叶片数对阻升转换特性的影响
        5.4.2 直径对阻升转换特性的影响
        5.4.3 风速对阻升转换的影响
    5.5 本章小结
第6章 自适应阻升转换垂直轴风力机动态输出特性的风洞实验研究
    6.1 引言
    6.2 VAWT-SDLC 与 Darrieus 风力机功率的对比研究
        6.2.1 2 叶片风力机的对比研究
        6.2.2 3 叶片风力机的对比研究
        6.2.3 4 叶片风力机的对比研究
    6.3 叶片数对动态输出特性的影响
        6.3.1 叶片数对动态转矩输出性能的影响
        6.3.2 叶片数对功率输出性能的影响
    6.4 直径对动态输出特性的影响
        6.4.1 直径对动态转矩输出性能的影响
        6.4.2 直径对功率输出性能的影响
    6.5 风速对动态输出特性的影响
        6.5.1 风速对动态转矩输出性能的影响
        6.5.2 风速对功率输出性能的影响
    6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]5kW遮蔽-增速升力型垂直轴风力机优化设计[J]. 姬俊峰,邓召义,蒋磊,黄典贵.  工程热物理学报. 2012(07)
[2]一种新型垂直轴风力机的CFD分析[J]. 王军,仁飘零,王兴双.  工程热物理学报. 2012(01)
[3]升阻混合风轮的性能规律[J]. 赵振宙,郑源,宋晨光,赵振宁.  排灌机械工程学报. 2011(06)
[4]基于双多流管模型的同步变桨垂直轴风力机特性分析[J]. 张松,刘秉昊,张立勋,杨勇.  哈尔滨工程大学学报. 2011(08)
[5]直线翼垂直轴风力机起动性的实验研究[J]. 李岩,田川公太朗,冯放.  太阳能学报. 2011(06)
[6]一种组合型垂直轴风力发电机的结构设计[J]. 寇薇,苑宾,李琦,范林涛.  电力科学与工程. 2011(05)
[7]导流型垂直轴风力机内部流场数值模拟中若干问题的探讨[J]. 王企鲲.  机械工程学报. 2011(04)
[8]导流型垂直轴风力机气动特性的数值研究[J]. 王鑫,童正明,王企鲲.  上海理工大学学报. 2010(05)
[9]一种复合型垂直轴风力机实验研究[J]. 张国臣,徐志晖,张岩,王建明,申振华.  沈阳航空工业学院学报. 2010(05)
[10]导流型垂直轴风力机内部流场计算方法的比较与研究[J]. 王鑫,童正明,王企鲲.  热能动力工程. 2010(04)

硕士论文
[1]低风速H型垂直轴风力机叶片翼型研究[D]. 梅毅.哈尔滨工业大学 2010
[2]升阻型垂直轴活叶风力机研究[D]. 陈虎.哈尔滨工业大学 2009



本文编号：2923500