半圆形叶片垂直轴风力机的三维CFD数值模拟

发布时间：2021-10-30 18:42

　　风能作为一种可再生的清洁能源,有着巨大的发展潜力。风能的利用正在蓬勃发展,各种新型的风力机理论和特性的研究为提高风能利用率提供了理论支持。目前应用的风力机可以分为:水平轴和垂直轴风力机两大主要类型,这两种风力机以其各自的特性都有着广泛的应用。本文以垂直轴风力机为研究对象,采用计算流体力学软件（CFD）和滑移网格技术、SIMPLE算法,及三维模型分别对三叶片、四叶片、五叶片、六叶片气动性能进行分析,模拟了8m/s的来流风速情况下几种风力机输出功率的变化特性,以及叶片周围的湍动能分布、叶片表面压力分布、叶片附近速度分布等。同时,还利用流固耦合的方法,综合考虑几种风力机在相同风速作用下叶片的响应,为改善风力机设计了提供技术支持。本文的主要研究内容如下:1.研究了五叶片的垂直轴风力机功率随着叶片宽度的变化规律。结果表明,风力机的功率随着叶片宽度的增加呈现出先上升后下降趋势,对于风轮直径为4米叶片高度为1米的风力机,其最大功率出现在叶片宽度为0.8m,叶片转速为17rpm时,此时功率值为212.47W,风能利用系数为15.61%。2.研究了五叶片的垂直轴风力机叶片附近湍动能的分布。从叶片附近湍动... 

【文章来源】：西北大学陕西省 211工程院校

【文章页数】：105 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

中国新增风电装机容量

第一章 绪论全年中风速大于等于 3m/s 的时间累计最高可达 7000 小时，全年平均风速密度200W/m2；“三北”地区、青藏高原的大多数地区风功率密度等级大于等于 3 级平均风能密度约 150~200W/m2，全年中风速大于等于 3m/s 的时间为 4000 小时-13]。我国的风力资源分布情况如图 1-2 所示。

直轴风力机的发展也比较早，十三世纪初期已经有了关于垂直轴风力机但大多数研究者认为垂直轴风力机的风能利用系数相较于水平轴风力机较小，所以垂直轴风力机的发展一直比较缓慢。但随着科技水平的发展机存在的问题开始暴露出来，比如，造价昂贵，维修困难等。垂直轴风计方法先进，塔架、风叶设计简单，易于维护和维修，启动风速低，基等优点，又慢慢开始受到关注。研究者开始对垂直轴风力机的气动性能时改进其外观设计。于垂直轴风力机来说，又分为阻力型和升力型两种，比较著名的阻力型onius 发明的 Savonius 转子的阻力型风力机，Savonius 的风力机结构率较低，最大功率系数仅有 0.1418]。另一种较为著名的升力型风力机为ieus)型风力机，最大功率系数可达 0.42[19]。两种风力机对比图如图 1-

【参考文献】：
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硕士论文
[1]风速和区域尺度对垂直轴阻力型风车模拟结果的影响[D]. 郭利敏.西北大学 2017
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[3]三维紊流作用下的风力发电机组气动特性研究[D]. 代丹丹.新疆大学 2011
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本文编号：3467231