风速和区域尺度对垂直轴阻力型风车模拟结果的影响
发布时间：2022-01-08 17:57
能源是人类赖以生存和发展的基础,随着全球人口不断增加,人类对能源的消耗也越来越大。常规能源主要以石油、煤炭、天然气为主,它们中的大部分利用率低,并且会产生酸雨、温室效应等污染环境的问题。为了解决这些问题,人类正在积极寻找清洁能源,比如核能、太阳能、风能等。风能取之不竭,具有无污染、储量丰富等优点。因为风力机是将风能转换成机械能的设备,所以其研究受到广泛关注。本文主要研究五叶片垂直轴阻力型风力机。利用CFD数值模拟法,FLUENT软件进行数值模拟计算。计算中采用了滑动网格技术、SSTk-ω湍流模型、PISO算法,以及QUICK差分格式。本文主要研究内容为:风力机风速在6m/s、7m/s、8m/s、9m/s、10m/s和12m/s情况下,计算区域（H×L）为70m×70m、70m×140m、70m×210m、70m×350m,不同转速和不同模拟区域长度时,流场出口边界风速的相对标准误差、力矩系数、功率、风能利用率的规律,以及风力机的最佳工况等。结果表明:流场入口边界上的风速,以及计算区域大小都会对风力机性能的模拟结果产生影响。在低风速区域（风速不超过8m/s）,流场入口边界风速相同时,计算...
【文章来源】：西北大学陕西省 211工程院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 我国风能利用现状
1.3 风力机的类型
1.3.1 水平轴风力机
1.3.2 垂直轴风力机
1.3.3 垂直轴风力机和水平轴风力机相比的优缺点[21]
1.3.4 国内外垂直轴风力机的研究
1.4 CFD数值模拟法在垂直轴风力机气动中的应用
1.4.1 FLUENT软件的应用
1.4.2 数值模拟法的应用现状
1.5 本课题的研究内容
第二章 数值模拟方法
2.1 流场控制方程
2.1.1 质量守恒方程
2.1.2 动量守恒方程
2.1.3 风力机流场的控制方程
2.2 湍流模型的选择
2.2.1 湍流定义
2.2.2 湍流数值模拟方法
2.3 控制方程的数值求解
2.4 处理运动区域的方法
2.4.1 滑移网格方法
2.4.2 动网格方法
2.4.3 滑移网格方法和动网格方法的特点
2.5 风力机数值模拟前的模型处理
2.5.1 几何建模
2.5.2 网格划分
2.5.3 边界条件的设置
2.5.4 求解器的设置
2.6 风力机数值模拟后的数据处理
2.6.1 相对标准误差
2.6.2 力矩系数
2.6.3 风力机功率
2.6.4 风力机的风能利用率
2.7 本章小结
第三章 低风速下垂直轴风力机的数值模拟及结果分析
3.1 风力机的模拟过程
3.2 计算区域尺度的研究
3.2.1 风速为6m/s风力机的数值分析
3.2.2 风速为7m/s时风力机的数值分析
3.2.3 风速为8m/s时风力机的数值分析
3.3 本章小结
第四章 高风速下垂直轴风力机的数值模拟及结果分析
4.1 风力机的模拟过程
4.2 计算区域大小的研究
4.2.1 风速为9m/s时风力机的数值分析
4.2.2 风速为10m/s时风力机的数值分析
4.2.3 风速为12m/s时风力机的数值分析
4.3 本章小结
第五章 风速对风力机动力特性的影响
5.1 风力机的功率和风能利用率
5.2 流场的压力、速度、湍动能
5.3 流场出口边界风速
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于致动面模型的风力机尾流数值研究[J]. 周洋,许昌,韩星星,Wenzhong Shen,张明明,陈星莺. 工程热物理学报. 2017(03)
[2]风力机流场速度数值模拟[J]. 胡丹梅,郑筱凯. 上海电力学院学报. 2016(05)
[3]垂直轴风力机在风力发电中的应用现状及展望[J]. 金浩,胡以怀,冯是全. 环境工程. 2015(S1)
[4]新型组合式垂直轴风机的优化设计与性能研究[J]. 徐璋,霍玉雷,陈勇,杨洪伟,谈宏飞. 浙江工业大学学报. 2015(03)
[5]垂直轴风力机改进翼型气动及功率特性研究[J]. 舒超,蔡新,潘盼,朱杰,张灵熙. 水电能源科学. 2015(01)
[6]垂直轴风力机概述[J]. 蔚蕾,陈永艳,田瑞,李洋. 绿色科技. 2014(08)
[7]垂直轴5叶片阻力型风力机的数值分析[J]. 李宇声,郑茂盛,滕海鹏,胡军,王福宝,田洋洋,赵渊,余历军. 化学工程. 2014(08)
[8]垂直轴风力发电机的发展历史及现状[J]. 何志宁,刘座铭,张宗珍. 机械工程师. 2014(02)
[9]基于CFD的水平轴风力机数值模拟[J]. 邓力,李龙,许昌,熊妍. 电子测试. 2014(01)
[10]垂直轴风力机翼型研究现状及对策[J]. 曹阳,李巧梅,李小宁,吴国庆,朱维男,曹艳华. 现代制造工程. 2013(10)
博士论文
[1]垂直轴风力机非定常气动特性数值模拟[D]. 左薇.华北电力大学 2015
硕士论文
[1]垂直轴风力机的特性分析[D]. 李宇声.西北大学 2015
[2]Savonius风力机叶片主要参数优化设计研究[D]. 王睿哲.内蒙古工业大学 2015
[3]某型叉车发动机舱热管理分析[D]. 孟庆林.南京航空航天大学 2015
[4]风能资源统计特性与直叶片H型垂直轴风力机气动性能分析[D]. 韩毅.西北大学 2014
[5]垂直轴风力机叶片的气动特性模拟[D]. 韩立虎.西北大学 2013
[6]H型垂直轴风力机气动性能的研究[D]. 刘猛.武汉理工大学 2013
[7]垂直轴风力机气动性能分析与优化设计[D]. 惠万馨.华北电力大学 2013
[8]小型垂直轴风力发电系统的研究应用[D]. 张达响.南昌大学 2012
[9]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
[10]垂直轴风力发电机气动性能研究[D]. 李战东.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3577017
【文章来源】：西北大学陕西省 211工程院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 我国风能利用现状
1.3 风力机的类型
1.3.1 水平轴风力机
1.3.2 垂直轴风力机
1.3.3 垂直轴风力机和水平轴风力机相比的优缺点[21]
1.3.4 国内外垂直轴风力机的研究
1.4 CFD数值模拟法在垂直轴风力机气动中的应用
1.4.1 FLUENT软件的应用
1.4.2 数值模拟法的应用现状
1.5 本课题的研究内容
第二章 数值模拟方法
2.1 流场控制方程
2.1.1 质量守恒方程
2.1.2 动量守恒方程
2.1.3 风力机流场的控制方程
2.2 湍流模型的选择
2.2.1 湍流定义
2.2.2 湍流数值模拟方法
2.3 控制方程的数值求解
2.4 处理运动区域的方法
2.4.1 滑移网格方法
2.4.2 动网格方法
2.4.3 滑移网格方法和动网格方法的特点
2.5 风力机数值模拟前的模型处理
2.5.1 几何建模
2.5.2 网格划分
2.5.3 边界条件的设置
2.5.4 求解器的设置
2.6 风力机数值模拟后的数据处理
2.6.1 相对标准误差
2.6.2 力矩系数
2.6.3 风力机功率
2.6.4 风力机的风能利用率
2.7 本章小结
第三章 低风速下垂直轴风力机的数值模拟及结果分析
3.1 风力机的模拟过程
3.2 计算区域尺度的研究
3.2.1 风速为6m/s风力机的数值分析
3.2.2 风速为7m/s时风力机的数值分析
3.2.3 风速为8m/s时风力机的数值分析
3.3 本章小结
第四章 高风速下垂直轴风力机的数值模拟及结果分析
4.1 风力机的模拟过程
4.2 计算区域大小的研究
4.2.1 风速为9m/s时风力机的数值分析
4.2.2 风速为10m/s时风力机的数值分析
4.2.3 风速为12m/s时风力机的数值分析
4.3 本章小结
第五章 风速对风力机动力特性的影响
5.1 风力机的功率和风能利用率
5.2 流场的压力、速度、湍动能
5.3 流场出口边界风速
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于致动面模型的风力机尾流数值研究[J]. 周洋,许昌,韩星星,Wenzhong Shen,张明明,陈星莺. 工程热物理学报. 2017(03)
[2]风力机流场速度数值模拟[J]. 胡丹梅,郑筱凯. 上海电力学院学报. 2016(05)
[3]垂直轴风力机在风力发电中的应用现状及展望[J]. 金浩,胡以怀,冯是全. 环境工程. 2015(S1)
[4]新型组合式垂直轴风机的优化设计与性能研究[J]. 徐璋,霍玉雷,陈勇,杨洪伟,谈宏飞. 浙江工业大学学报. 2015(03)
[5]垂直轴风力机改进翼型气动及功率特性研究[J]. 舒超,蔡新,潘盼,朱杰,张灵熙. 水电能源科学. 2015(01)
[6]垂直轴风力机概述[J]. 蔚蕾,陈永艳,田瑞,李洋. 绿色科技. 2014(08)
[7]垂直轴5叶片阻力型风力机的数值分析[J]. 李宇声,郑茂盛,滕海鹏,胡军,王福宝,田洋洋,赵渊,余历军. 化学工程. 2014(08)
[8]垂直轴风力发电机的发展历史及现状[J]. 何志宁,刘座铭,张宗珍. 机械工程师. 2014(02)
[9]基于CFD的水平轴风力机数值模拟[J]. 邓力,李龙,许昌,熊妍. 电子测试. 2014(01)
[10]垂直轴风力机翼型研究现状及对策[J]. 曹阳,李巧梅,李小宁,吴国庆,朱维男,曹艳华. 现代制造工程. 2013(10)
博士论文
[1]垂直轴风力机非定常气动特性数值模拟[D]. 左薇.华北电力大学 2015
硕士论文
[1]垂直轴风力机的特性分析[D]. 李宇声.西北大学 2015
[2]Savonius风力机叶片主要参数优化设计研究[D]. 王睿哲.内蒙古工业大学 2015
[3]某型叉车发动机舱热管理分析[D]. 孟庆林.南京航空航天大学 2015
[4]风能资源统计特性与直叶片H型垂直轴风力机气动性能分析[D]. 韩毅.西北大学 2014
[5]垂直轴风力机叶片的气动特性模拟[D]. 韩立虎.西北大学 2013
[6]H型垂直轴风力机气动性能的研究[D]. 刘猛.武汉理工大学 2013
[7]垂直轴风力机气动性能分析与优化设计[D]. 惠万馨.华北电力大学 2013
[8]小型垂直轴风力发电系统的研究应用[D]. 张达响.南昌大学 2012
[9]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
[10]垂直轴风力发电机气动性能研究[D]. 李战东.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3577017
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