100W H型垂直轴风力机设计与车载试验
发布时间：2021-07-24 15:40
煤炭、石油、天然气等传统能源的大量开采与使用,一方面促进了经济的飞速发展,另一方面带来了环境的严重污染。基于此种现状,国家出台相关优惠政策去鼓励开发可循环使用的新能源。我国领土辽阔、风能资源丰富,如果采用风力机供电,不仅节约燃料,而且保护环境。因此,本课题设计了一款启动性能好,风能利用率高,运转稳定的垂直轴风力机。本课题以100W H型垂直轴风力机为研究对象,进行了以下方面的研究:（1）针对试验用到的发电机进行性能测试;（2）根据设计参数,对风力机进行三维建模,并对风力机模型进行干涉检查及部分零件的受力校核分析;（3）运用有限容积法对风轮进行网格划分;（4）运用CFD方法,对不同的叶片安装角度及尖速比进行风轮转动区域的瞬态模拟;（5）按照设计参数进行风力机的加工制造并进行车载试验,最后将试验数据与模拟数据进行对比分析。通过对车载试验数据和数值模拟数据分析,得出以下结论:（1）对于H型垂直轴风力机而言,叶片安装角度不同、风轮尖速比不同都会对风力机的风能利用率产生影响;（2）经过车载试验得知本课题设计的风力机启动风速为4.06m/s,风力机全效率为16.3%,且风力机在车载试验过程中无明显...
【文章来源】：内蒙古农业大学内蒙古自治区
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
贝兹理论计算简图
C = =可提取的风能输入的风能（11）和（12）可以得到风力机的理论最大效率：C =P12ρSυ=16270.593据以上分析，当υ = υ 时，此时 CP最大，为C 59.3%，称此[30]。在理想状态下风轮的转化效率最高是 59.3%。但在实际运行中假，导致实际 CP值低于 59.3%。素理论叶片沿叶展方向分成若干个微元 dr，称微元 dr 为叶素。假设气流对任行干扰，风轮朝向迎风面，设其通过风轮的轴向速度为 υ，风轮转速 r 的地方，截取长度为 dr 的叶素，将其弦长用 L 表示，扭角用 β 表示 2 所示：
3.2 发电机测试3.2.1 发电机测试流程本课题设计的风力机额定功率为 100W，因此必须采用与之相匹配的小型发电机，但目前厂家生产的发电机为大功率的较多且批量化生产才能保证其成本足够低，发电机性能足够高，因此小型化的发电机很少批量生产，导致小型化的发电机成本偏高且性能不稳定，为准确得知发电机的各项性能参数，必须要进行发电机功率特性测试试验，根据铭牌得知其功率 100W，转速 200r/min。依据 GB／T 10760.2—2003《离网型风力机用发电机第 2 部分：试验方法》，为增加试验的准确性，在国家规定 6 个测点间又额外加 6 个测试点，即在 60%、65%、72.5%、80%、90%、100%、110%、117.5%、125%、135%、145%、150%额定转速下，采取直接负载的形式（电阻和蓄电池负载）测试永磁发电机输出功率和效率，发电机性能测试流程如图 3，测试发电机性能参数的统计结果如表 3。
【参考文献】：
期刊论文
[1]组合弯头内气固两相流动磨损特性的数值模拟与结构优化[J]. 王宇,何琪,于飞,刘明,严俊杰. 中国电机工程学报. 2018(03)
[2]《工程流体力学》课程“专业化”教学改革[J]. 谢翠丽,倪玲英. 教育现代化. 2018(02)
[3]单组分聚氨酯在玻璃钢门窗型材拉挤中的应用[J]. 伴晨光,何涛,梁仕龙. 建筑技术. 2017(10)
[4]基于风力机功率特性的风资源评估δ指标体系[J]. 张家安,刘宁,吴林林,李志刚,刘辉,孟心怡. 太阳能学报. 2017(02)
[5]工程流体力学撷要——由三个方程谈起[J]. 南军虎,张东. 力学与实践. 2016(02)
[6]带副翼垂直轴风力机的一种控制策略[J]. 李润杰,李春,杨阳,聂佳斌. 动力工程学报. 2015(12)
[7]基于滑移网格的H型风力机叶片设计与气动性能研究[J]. 李飏,陈永艳,蔚蕾,田瑞,吴哲. 能源与环境. 2015(05)
[8]135MWCFB锅炉二次风机性能测试与数值模拟[J]. 郭新海,祁月琴,吕磊,吕宏奇. 节能与环保. 2015(10)
[9]取水口位置对弯道水流流速分布影响的数值模拟研究[J]. 闫晓惠,陈新. 甘肃水利水电技术. 2015(06)
[10]风力机叶片气动噪声时域分析方法研究[J]. 赵华,周鹏展,张亢,廖力达. 河北科技大学学报. 2015(02)
硕士论文
[1]基于数值仿真的H型垂直轴风力机尾流模型研究[D]. 苏昌森.哈尔滨工业大学 2015
[2]升力型、升阻型垂直轴风力机流场计算及性能预测[D]. 史广泰.兰州理工大学 2013
[3]垂直轴风力机结构数值模拟研究[D]. 唐苏川.哈尔滨工业大学 2013
[4]叶尖喷气对风力机气动性能影响的数值研究[D]. 李秋悦.沈阳航空工业学院 2007
[5]垂直轴风机叶轮空气动力学性能研究[D]. 廖康平.哈尔滨工程大学 2006
本文编号：3300938
【文章来源】：内蒙古农业大学内蒙古自治区
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
贝兹理论计算简图
C = =可提取的风能输入的风能（11）和（12）可以得到风力机的理论最大效率：C =P12ρSυ=16270.593据以上分析，当υ = υ 时，此时 CP最大，为C 59.3%，称此[30]。在理想状态下风轮的转化效率最高是 59.3%。但在实际运行中假，导致实际 CP值低于 59.3%。素理论叶片沿叶展方向分成若干个微元 dr，称微元 dr 为叶素。假设气流对任行干扰，风轮朝向迎风面，设其通过风轮的轴向速度为 υ，风轮转速 r 的地方，截取长度为 dr 的叶素，将其弦长用 L 表示，扭角用 β 表示 2 所示：
3.2 发电机测试3.2.1 发电机测试流程本课题设计的风力机额定功率为 100W，因此必须采用与之相匹配的小型发电机，但目前厂家生产的发电机为大功率的较多且批量化生产才能保证其成本足够低，发电机性能足够高，因此小型化的发电机很少批量生产，导致小型化的发电机成本偏高且性能不稳定，为准确得知发电机的各项性能参数，必须要进行发电机功率特性测试试验，根据铭牌得知其功率 100W，转速 200r/min。依据 GB／T 10760.2—2003《离网型风力机用发电机第 2 部分：试验方法》，为增加试验的准确性，在国家规定 6 个测点间又额外加 6 个测试点，即在 60%、65%、72.5%、80%、90%、100%、110%、117.5%、125%、135%、145%、150%额定转速下，采取直接负载的形式（电阻和蓄电池负载）测试永磁发电机输出功率和效率，发电机性能测试流程如图 3，测试发电机性能参数的统计结果如表 3。
【参考文献】：
期刊论文
[1]组合弯头内气固两相流动磨损特性的数值模拟与结构优化[J]. 王宇,何琪,于飞,刘明,严俊杰. 中国电机工程学报. 2018(03)
[2]《工程流体力学》课程“专业化”教学改革[J]. 谢翠丽,倪玲英. 教育现代化. 2018(02)
[3]单组分聚氨酯在玻璃钢门窗型材拉挤中的应用[J]. 伴晨光,何涛,梁仕龙. 建筑技术. 2017(10)
[4]基于风力机功率特性的风资源评估δ指标体系[J]. 张家安,刘宁,吴林林,李志刚,刘辉,孟心怡. 太阳能学报. 2017(02)
[5]工程流体力学撷要——由三个方程谈起[J]. 南军虎,张东. 力学与实践. 2016(02)
[6]带副翼垂直轴风力机的一种控制策略[J]. 李润杰,李春,杨阳,聂佳斌. 动力工程学报. 2015(12)
[7]基于滑移网格的H型风力机叶片设计与气动性能研究[J]. 李飏,陈永艳,蔚蕾,田瑞,吴哲. 能源与环境. 2015(05)
[8]135MWCFB锅炉二次风机性能测试与数值模拟[J]. 郭新海,祁月琴,吕磊,吕宏奇. 节能与环保. 2015(10)
[9]取水口位置对弯道水流流速分布影响的数值模拟研究[J]. 闫晓惠,陈新. 甘肃水利水电技术. 2015(06)
[10]风力机叶片气动噪声时域分析方法研究[J]. 赵华,周鹏展,张亢,廖力达. 河北科技大学学报. 2015(02)
硕士论文
[1]基于数值仿真的H型垂直轴风力机尾流模型研究[D]. 苏昌森.哈尔滨工业大学 2015
[2]升力型、升阻型垂直轴风力机流场计算及性能预测[D]. 史广泰.兰州理工大学 2013
[3]垂直轴风力机结构数值模拟研究[D]. 唐苏川.哈尔滨工业大学 2013
[4]叶尖喷气对风力机气动性能影响的数值研究[D]. 李秋悦.沈阳航空工业学院 2007
[5]垂直轴风机叶轮空气动力学性能研究[D]. 廖康平.哈尔滨工程大学 2006
本文编号：3300938
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