直叶片垂直轴风力机风轮气动性能预估

发布时间：2021-05-10 23:26

　　风力发电是通过风力机装置将风能转化为电能,因此如何设计一种高效、可靠的风力机是风力发电技术的关键。垂直轴风力机与水平轴风力机相比有其优势所在。本文以600W直叶片垂直轴风力机为研究对象,对NACA系列对称翼型及风轮简化二维模型和全三维模型进行了数值模拟。主要研究内容如下：首先,选用了k-ωSST和RNGk-ε两种湍流模型对NACA0012翼型进行了数值模拟,对比了不同湍流模型对气动模拟精度的影响,计算结果表明：k-wSST湍流模型模拟的升阻力系数比较准确。定常和非定常计算值相比较,非定常模拟的升阻力系数比较准确。其次,不考虑连杆、转轴以及叶尖损失的影响,把三维H型直叶片垂直轴风轮简化为二维风轮,采用滑移网格技术对该简化模型进行数值模拟。计算分析得出,对于同一风速,随着尾流远离风轮,尾流速度逐渐接近来流风速；对于不同风速,随着风速的增加,尾流扩散区的长度逐渐增加,尾流扩散中心的最小尾流值也在增加；功率随着风速的增加而增加,当达到额定风速时,功率值也趋近于额定功率,随着风速的继续增加,功率也有所增加。对于同一转速,随着尾流远离风轮,尾流速度逐渐接近来流风速；对比不同转速,随着转速的增加,尾... 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题的研究背景和计算流体力学的发展
        1.1.1 课题的研究背景
        1.1.2 计算流体力学的发展
    1.2 垂直轴风力机在国内外的研究现状
        1.2.1 垂直轴风力机在国外的研究现状
        1.2.2 垂直轴风力机在国内的研究现状
    1.3 风轮数值模拟有待解决的问题
    1.4 本课题的主要工作
2 垂直轴风力发电机的相关理论
    2.1 基本概念
        2.1.1 翼型的空气动力特性
        2.1.2 风轮的基本参数
    2.2 垂直轴风力机的工作原理
        2.2.1 阻力型风力机的工作原理
        2.2.2 升力型风力机的工作原理
    2.3 垂直轴风力机空气动力学设计理论
        2.3.1 单流管模型
        2.3.2 多流管模型
        2.3.3 动量-叶素理论模型
    2.4 本章小结
3 风力机二维翼型数值模拟
    3.1 控制方程和湍流模型
        3.1.1 控制方程
        3.1.2 湍流模型
    3.2 数值计算求解过程
        3.2.1 几何建模及计算域的构造
        3.2.2 网格划分
        3.2.3 边界条件
    3.3 计算结果分析
        3.3.1 不同湍流模型计算结果分析
        3.3.2 定常与非定常计算结果分析
        3.3.3 翼型表面压力系数分布图
        3.3.4 分离流动特性
    3.4 本章小结
4 风力机二维风轮数值模拟
    4.1 控制方程和滑移网格模型
        4.1.1 控制方程
        4.1.2 滑移网格模型
    4.2 数值计算求解过程
        4.2.1 几何建模及计算域的构造
        4.2.2 网格划分
        4.2.3 边界条件及求解设定
    4.3 计算结果分析
        4.3.1 风速对风轮流场的影响
        4.3.2 转速对风轮流场的影响
        4.3.3 流场压力等值线图
        4.3.4 翼型表面压力系数分布
        4.3.5 性能曲线
    4.4 本章小结
5 风力机全三维风轮数值模拟
    5.1 控制方程
    5.2 数值计算求解过程
        5.2.1 Gambit软件进行三维建模
        5.2.2 计算域的构造及网格的划分
        5.2.3 边界条件设置
    5.3 计算结果分析
        5.3.1 计算结果分析
        5.3.2 叶片压力面和吸力面压力分布图
        5.3.3 速度等值线分布图
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 主要内容和结论
    6.2 建议
致谢
参考文献
附录



本文编号：3180256