螺旋型垂直轴风力机的三维建模及参数化设计

发布时间：2021-02-26 09:31

　　风能资源作为一种可再生的清洁能源,已经得到了全世界的广泛关注。垂直轴风力机目前主要应用小型化风机市场,它具有不用对风向,维修方便成本低等优势,受到了社会的广泛关注。但是为了进一步提高垂直轴风力机的风能利用率,还需要做大量研究。本文在H型风力机的基础之上,提出了螺旋型垂直轴风力机,对其气动性能及流场做了进一步的研究工作,并以此设计了一台5kW的垂直轴风力机。本文主要通过数值模拟的方法对风力机的性能开展研究和讨论,研究的思路遵循从局部到整体,从直叶片到弯扭叶片,从仿真到实验,最终提出了螺旋型风力机的研究方案。文章首先介绍了研究垂直轴风力机的一些基本理论,为下文的仿真分析及参数化设计析奠定理论基础；然后对螺旋型风力机构建三维模型、划分计算域网格,通过CFD软件对螺旋型风力机进行了多工况的数值模拟；最后通过理论与仿真结果进行了风力机的参数化设计,确定了风轮的主要参数,并进行了实验验证。文章最后提出了一种新型的螺旋型垂直轴风力机,并以此设计了一台实验样机,通过样机实验得到了一系列测试指标。通过对比仿真结果与实验数据,发现对比结果基本相同,验证了该模型的可靠性,为后续机组的优化设计提供了数据支持。 

【文章来源】：华北电力大学河北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 风力机的分类
        1.2.1 水平轴风力机
        1.2.2 垂直轴风力机
    1.3 国内外垂直轴风力机研究发展现状
        1.3.1 国外研究发展现状
        1.3.2 国内研究发展现状
    1.4 论文研究的意义及主要研究内容
        1.4.1 意义
        1.4.2 主要研究内容
第2章 风力机的基本理论及翼型研究
    2.1 空气动力学理论
        2.1.1 贝兹理论
        2.1.2 叶素理论
        2.1.3 单一流管理论
        2.1.4 多流管理论
        2.1.5 涡流模型
    2.2 翼型理论研究
        2.2.1 翼型的几何参数
        2.2.2 翼型的气动性能参数
        2.2.3 本文选用的风力机翼型
    2.3 本章小结
第3章 翼型绕流的数值模拟
    3.1 翼型数值建模与参数选择
        3.1.1 计算域和网格划分
        3.1.2 边界条件
        3.1.3 流动控制方程和湍流模型
    3.2 数值模拟结果分析
    3.3 流场分析
        3.3.1 压力系数
        3.3.2 压力云图
        3.3.3 速度云图
        3.3.4 流线分布图
    3.4 螺旋风轮的工作原理
    3.5 本章小结
第4章 螺旋型风轮的三维建模与仿真分析
    4.1 CFD三维数值模型的建立
        4.1.1 三维模型及计算域
        4.1.2 网格划分
        4.1.3 边界条件
    4.2 数值模拟理论基础与参数设置
        4.2.1 控制方程
        4.2.2 湍流模型
        4.2.3 求解过程参数设置
    4.3 计算结果分析
        4.3.1 不同风速下的计算结果
        4.3.2 不同尖速比下的计算结果
    4.4 结构参数对风力机性能的影响
        4.4.1 叶片数对风轮性能的影响
        4.4.2 弦长对风轮性能的影响
        4.4.3 高径比对风轮性能的影响
        4.4.4 螺旋型风轮的三维分布图
    4.5 本章小结
第5章 螺旋型风机的参数化设计及实验
    5.1 螺旋型风轮设计的主要参数
    5.2 风机整体结构设计
        5.2.1 风轮部分设计
        5.2.2 机舱部分
        5.2.3 塔架部分
        5.2.4 底座支架部分
    5.3 实验方案
        5.3.1 实验目的
        5.3.2 实验设备及平台
        5.3.3 实验内容及结论
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研经历
致谢



本文编号：3052394