叠立式风力机内垂直轴与水平轴的相互干涉特性研究
发布时间：2021-06-26 15:01
近年来,可再生能源不断受到人们的重视,国内风电产业得到迅猛发展,风电机组单机容量不断增加,并网型风电场在电网中的所占比例越来越大。但风能又具有波动性和不确定性,为了改善风力机的弃风现象,充分利用水平轴风机塔架底部的近地资源,在有限的风场资源中提高风能利用率,本文通过对现有技术进行组合和创新,以不改变现有塔架的结构为基础,在原有水平轴风力机系统上,添加垂直轴风力机设备和独立的发电系统,实现风机的改造。使用Solidworks软件建立1.5 MW水平轴风力机模型,并自主设计100 kW垂直轴风力机,采用Fluent计算流体力学的方法对独立的水平轴风力机和两种间距不同的叠立式风机模型进行数值模拟,在风速分别为7 m/s、10 m/s、13 m/s和16 m/s的环境运行,使用后处理软件对模拟结果进行分析。在不增加垂直轴风力机的传统水平轴风力机中,通过定量和定性分析流场中速度、压力、湍动能等方面的变化情况。在风力机中塔架和叶片之间存在相互干涉的现象,塔架下游位置存在湍流涡,由于叶片的旋转,在旋转平面后方形成大量的螺旋形涡核,并随着风机不断运转,涡的变化过程大体分为形成、脱落、混合三个阶段,旋涡...
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
盘面流动的单流管模型
东北电力大学工学硕士学位论文oude 提出叶素理论，是根据叶素周围的流动个叶片视作为一个整体，以整体为目标选取微段，所截出的 N 个微段被称为叶素。当中，假定 N 个叶素上的流动互相之间并无维平面角度出发，其叶片翼型特征用二维图体流经叶轮所作用在叶片上的气动力和力矩分量图如图 2-2 所示，D 为阻力，L 为升力度，ωtr(1+a′)为切向速度，u∞为风轮上游远气流相对速度，a 为轴向诱导因子，a′为切向。
为了确保流场区域不影响计算结果[43]，流场区域形状是长为 8 D，宽 5 D，高为 体，风机距离速度入口距离为 3 D，距离出口距离为 5 D，以机舱中心为原点，流图 3-1 所示。表 3-1 水平轴风力发电机组尺寸名称 取值 单位额定功率 1.5 MW叶片 40.5 m叶轮直径 83 m机舱 3*3*8 m3塔架 70 m叶片数 3启动风速 3 m/s额定风速 10.5 m/s转速 17.2 rpm
【参考文献】：
期刊论文
[1]垂直轴风机CFD模拟的网格划分策略和湍流模型研究[J]. 宋晨光,郑源,姜镐,赵振宙,李冲. 太阳能学报. 2016(08)
[2]风电机组旋转风轮对机舱测风影响的分析[J]. 莫蕊瑜,张凯,陶友传. 重庆大学学报. 2015(01)
[3]不同风湍流模型的风电机组载荷计算研究[J]. 邓英,周峰,田德,谢婷,雷航,张国强. 太阳能学报. 2014(12)
[4]基于CFD技术的垂直轴风力机动态尾流特性研究[J]. 蔡新,潘盼,朱杰,顾荣蓉,张建新. 计算力学学报. 2014(05)
[5]新型自启式垂直轴风力机[J]. 陈勇,谈宏飞,王勋廷,肖春龙,孟晟,郑小艳,徐璋. 轻工机械. 2013(06)
[6]叶身/端壁融合技术工况的适用性[J]. 田勇,季路成,李伟伟,伊卫林,肖云汉. 航空动力学报. 2013(08)
[7]风力机叶片流固耦合计算分析[J]. 胡丹梅,张志超,孙凯,张建平. 中国电机工程学报. 2013(17)
[8]实度对直叶片垂直轴风力机风轮气动性能的影响分析[J]. 张立勋,梁迎彬,李二肖,尉越啸,杨勇,郭健. 农业机械学报. 2013(05)
[9]直叶片达里厄风轮流场非定常数值计算[J]. 赵振宙,原红红,郑源,黄娟,赵振宁. 排灌机械工程学报. 2012(05)
[10]风机塔架与叶片相互作用的数值模拟(英文)[J]. 王强,周胡,万德成. Journal of Marine Science and Application. 2012(03)
博士论文
[1]风力机叶片非定常气动特性的研究[D]. 刘磊.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2012
硕士论文
[1]涡脱落对5千瓦H型垂直轴风力机影响的研究[D]. 王建宇.哈尔滨工业大学 2016
[2]几种典型状况下垂直轴风力机气动特性及流场分析[D]. 李寿图.兰州理工大学 2014
[3]新型组合式垂直轴风力机的优化设计[D]. 谈宏飞.浙江工业大学 2012
[4]垂直轴风力机气动性能分析及结构设计[D]. 王兵兵.华北电力大学（北京） 2011
本文编号：3251561
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
盘面流动的单流管模型
东北电力大学工学硕士学位论文oude 提出叶素理论，是根据叶素周围的流动个叶片视作为一个整体，以整体为目标选取微段，所截出的 N 个微段被称为叶素。当中，假定 N 个叶素上的流动互相之间并无维平面角度出发，其叶片翼型特征用二维图体流经叶轮所作用在叶片上的气动力和力矩分量图如图 2-2 所示，D 为阻力，L 为升力度，ωtr(1+a′)为切向速度，u∞为风轮上游远气流相对速度，a 为轴向诱导因子，a′为切向。
为了确保流场区域不影响计算结果[43]，流场区域形状是长为 8 D，宽 5 D，高为 体，风机距离速度入口距离为 3 D，距离出口距离为 5 D，以机舱中心为原点，流图 3-1 所示。表 3-1 水平轴风力发电机组尺寸名称 取值 单位额定功率 1.5 MW叶片 40.5 m叶轮直径 83 m机舱 3*3*8 m3塔架 70 m叶片数 3启动风速 3 m/s额定风速 10.5 m/s转速 17.2 rpm
【参考文献】：
期刊论文
[1]垂直轴风机CFD模拟的网格划分策略和湍流模型研究[J]. 宋晨光,郑源,姜镐,赵振宙,李冲. 太阳能学报. 2016(08)
[2]风电机组旋转风轮对机舱测风影响的分析[J]. 莫蕊瑜,张凯,陶友传. 重庆大学学报. 2015(01)
[3]不同风湍流模型的风电机组载荷计算研究[J]. 邓英,周峰,田德,谢婷,雷航,张国强. 太阳能学报. 2014(12)
[4]基于CFD技术的垂直轴风力机动态尾流特性研究[J]. 蔡新,潘盼,朱杰,顾荣蓉,张建新. 计算力学学报. 2014(05)
[5]新型自启式垂直轴风力机[J]. 陈勇,谈宏飞,王勋廷,肖春龙,孟晟,郑小艳,徐璋. 轻工机械. 2013(06)
[6]叶身/端壁融合技术工况的适用性[J]. 田勇,季路成,李伟伟,伊卫林,肖云汉. 航空动力学报. 2013(08)
[7]风力机叶片流固耦合计算分析[J]. 胡丹梅,张志超,孙凯,张建平. 中国电机工程学报. 2013(17)
[8]实度对直叶片垂直轴风力机风轮气动性能的影响分析[J]. 张立勋,梁迎彬,李二肖,尉越啸,杨勇,郭健. 农业机械学报. 2013(05)
[9]直叶片达里厄风轮流场非定常数值计算[J]. 赵振宙,原红红,郑源,黄娟,赵振宁. 排灌机械工程学报. 2012(05)
[10]风机塔架与叶片相互作用的数值模拟(英文)[J]. 王强,周胡,万德成. Journal of Marine Science and Application. 2012(03)
博士论文
[1]风力机叶片非定常气动特性的研究[D]. 刘磊.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2012
硕士论文
[1]涡脱落对5千瓦H型垂直轴风力机影响的研究[D]. 王建宇.哈尔滨工业大学 2016
[2]几种典型状况下垂直轴风力机气动特性及流场分析[D]. 李寿图.兰州理工大学 2014
[3]新型组合式垂直轴风力机的优化设计[D]. 谈宏飞.浙江工业大学 2012
[4]垂直轴风力机气动性能分析及结构设计[D]. 王兵兵.华北电力大学（北京） 2011
本文编号：3251561
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