Savonius风力机叶片弧度的数值模拟研究
发布时间：2021-10-14 20:43
为研究Savonius风力机的叶片弧度对其功率性能的影响,建立Savonius风力机的二维有限元分析模型,应用FLUENT进行数值模拟计算。计算基于RNG k-ε湍流模型,采用滑移网格技术实现风力机的转动。研究了叶片弧度从（140～180）°范围的风力机在不同尖速比下的平均力矩系数与平均功率系数,通过比较最大平均功率系数来确定叶片弧度的最优值。数值模拟的结果表明:叶片弧度越小,Savonius风力机受到的阻力矩越大,其平均力矩系数和平均功率系数就越低,即功率性能越差;叶片弧度在180°时,Savonius风力机功率性能最优。
【文章来源】：机械设计与制造. 2019,(02)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
Savonius风力机三维示意图Fig.13DSchematicDiagramofSavoniusWindTurbine
一般地，风力机从来流风中获取的能量（即功率系数）用Cp值表示，它是评价风力机好坏的一个决定性参数，风力机功率系数的定义为风力机获得的风能与作用在风力机的原风能之比。Cp的计算公式如下：Cp=PPw=P0.5ρAv3=P0.5ρDHv3（2）另外，风力机从来流风中获得的力矩（即力矩系数）用Cm值表示，其定义为风力机获得的转矩与作用在风力机上的力矩之比。Cm的计算公式如下：Cm=M0.25ρAv2D=M0.25ρD2Hv2（3）式中：ρ—空气密度，kg/m3；A—风力机扫掠面积，m2，A=DH，D—风力机叶轮直径，m；H—风力机叶轮高度，m（二维计算中取H=1m）[10]；v—来流风速，m/s；P—风力机获得的实际功率，W；M—风轮受到的实际力矩，N·m。空气动力学中，将叶尖的圆周速度与来流风速的比值称为叶尖速比，用λ表示，它反映了风力机旋转速度的快慢[2]。其计算公式如下：λ=ωD2v（4）式中：D—风力机叶轮直径，m；ω—风轮旋转角速度，rad/s。通过对式（2）与式（3）的进一步变换，可以得出风力机功率系数与力矩系数的换算关系为：Cp=λCm（5）3数值模拟方法3.1几何模型Savonius风力机的三维和二维示意图，如图1、图2所示。H图1Savonius风力机三维示意图Fig.13DSchematicDiagramofSavoniusWindTurbineXDvvdY准ωθ图2Savonius风力机二维示意图Fig.22DSchematicDiagramofSavoniusWindTurbine图中：H—风力机叶轮高度；v—来流风速；θ—Savonius风力机的转角；ω—风力机的旋转速度；d—叶片的弦长；D—风力机叶轮的直径；φ—叶片弧度。几何模型的?
一般地，风力机从来流风中获取的能量（即功率系数）用Cp值表示，它是评价风力机好坏的一个决定性参数，风力机功率系数的定义为风力机获得的风能与作用在风力机的原风能之比。Cp的计算公式如下：Cp=PPw=P0.5ρAv3=P0.5ρDHv3（2）另外，风力机从来流风中获得的力矩（即力矩系数）用Cm值表示，其定义为风力机获得的转矩与作用在风力机上的力矩之比。Cm的计算公式如下：Cm=M0.25ρAv2D=M0.25ρD2Hv2（3）式中：ρ—空气密度，kg/m3；A—风力机扫掠面积，m2，A=DH，D—风力机叶轮直径，m；H—风力机叶轮高度，m（二维计算中取H=1m）[10]；v—来流风速，m/s；P—风力机获得的实际功率，W；M—风轮受到的实际力矩，N·m。空气动力学中，将叶尖的圆周速度与来流风速的比值称为叶尖速比，用λ表示，它反映了风力机旋转速度的快慢[2]。其计算公式如下：λ=ωD2v（4）式中：D—风力机叶轮直径，m；ω—风轮旋转角速度，rad/s。通过对式（2）与式（3）的进一步变换，可以得出风力机功率系数与力矩系数的换算关系为：Cp=λCm（5）3数值模拟方法3.1几何模型Savonius风力机的三维和二维示意图，如图1、图2所示。H图1Savonius风力机三维示意图Fig.13DSchematicDiagramofSavoniusWindTurbineXDvvdY准ωθ图2Savonius风力机二维示意图Fig.22DSchematicDiagramofSavoniusWindTurbine图中：H—风力机叶轮高度；v—来流风速；θ—Savonius风力机的转角；ω—风力机的旋转速度；d—叶片的弦长；D—风力机叶轮的直径；φ—叶片弧度。几何模型的?
本文编号：3436801
【文章来源】：机械设计与制造. 2019,(02)北大核心
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【部分图文】：
Savonius风力机三维示意图Fig.13DSchematicDiagramofSavoniusWindTurbine
一般地，风力机从来流风中获取的能量（即功率系数）用Cp值表示，它是评价风力机好坏的一个决定性参数，风力机功率系数的定义为风力机获得的风能与作用在风力机的原风能之比。Cp的计算公式如下：Cp=PPw=P0.5ρAv3=P0.5ρDHv3（2）另外，风力机从来流风中获得的力矩（即力矩系数）用Cm值表示，其定义为风力机获得的转矩与作用在风力机上的力矩之比。Cm的计算公式如下：Cm=M0.25ρAv2D=M0.25ρD2Hv2（3）式中：ρ—空气密度，kg/m3；A—风力机扫掠面积，m2，A=DH，D—风力机叶轮直径，m；H—风力机叶轮高度，m（二维计算中取H=1m）[10]；v—来流风速，m/s；P—风力机获得的实际功率，W；M—风轮受到的实际力矩，N·m。空气动力学中，将叶尖的圆周速度与来流风速的比值称为叶尖速比，用λ表示，它反映了风力机旋转速度的快慢[2]。其计算公式如下：λ=ωD2v（4）式中：D—风力机叶轮直径，m；ω—风轮旋转角速度，rad/s。通过对式（2）与式（3）的进一步变换，可以得出风力机功率系数与力矩系数的换算关系为：Cp=λCm（5）3数值模拟方法3.1几何模型Savonius风力机的三维和二维示意图，如图1、图2所示。H图1Savonius风力机三维示意图Fig.13DSchematicDiagramofSavoniusWindTurbineXDvvdY准ωθ图2Savonius风力机二维示意图Fig.22DSchematicDiagramofSavoniusWindTurbine图中：H—风力机叶轮高度；v—来流风速；θ—Savonius风力机的转角；ω—风力机的旋转速度；d—叶片的弦长；D—风力机叶轮的直径；φ—叶片弧度。几何模型的?
一般地，风力机从来流风中获取的能量（即功率系数）用Cp值表示，它是评价风力机好坏的一个决定性参数，风力机功率系数的定义为风力机获得的风能与作用在风力机的原风能之比。Cp的计算公式如下：Cp=PPw=P0.5ρAv3=P0.5ρDHv3（2）另外，风力机从来流风中获得的力矩（即力矩系数）用Cm值表示，其定义为风力机获得的转矩与作用在风力机上的力矩之比。Cm的计算公式如下：Cm=M0.25ρAv2D=M0.25ρD2Hv2（3）式中：ρ—空气密度，kg/m3；A—风力机扫掠面积，m2，A=DH，D—风力机叶轮直径，m；H—风力机叶轮高度，m（二维计算中取H=1m）[10]；v—来流风速，m/s；P—风力机获得的实际功率，W；M—风轮受到的实际力矩，N·m。空气动力学中，将叶尖的圆周速度与来流风速的比值称为叶尖速比，用λ表示，它反映了风力机旋转速度的快慢[2]。其计算公式如下：λ=ωD2v（4）式中：D—风力机叶轮直径，m；ω—风轮旋转角速度，rad/s。通过对式（2）与式（3）的进一步变换，可以得出风力机功率系数与力矩系数的换算关系为：Cp=λCm（5）3数值模拟方法3.1几何模型Savonius风力机的三维和二维示意图，如图1、图2所示。H图1Savonius风力机三维示意图Fig.13DSchematicDiagramofSavoniusWindTurbineXDvvdY准ωθ图2Savonius风力机二维示意图Fig.22DSchematicDiagramofSavoniusWindTurbine图中：H—风力机叶轮高度；v—来流风速；θ—Savonius风力机的转角；ω—风力机的旋转速度；d—叶片的弦长；D—风力机叶轮的直径；φ—叶片弧度。几何模型的?
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