某型风力涡轮波瓣混合器气动设计与数值研究
发布时间：2022-10-10 18:41
能源是人类生存和社会进步的基础。风能利用可以实现能源的可持续供应。在目前的设计中,商用风力机所能利用的风能一般为高速风能。而在全国的大部分区域,平均风速在2-6 m/s范围内变化。设计一种在低风速条件下具有较高风能利用率的风力机成为目前研究的重点。本文使用波瓣混合器配合单级涡轮的方案来探讨低速风力机的新型设计方法。首先,采用参数化建模的方法,对低速风力机内的波瓣结构进行建模。之后,通过ANSYS CFX数值模拟结果,分析流场中内外涵气流的速度分布和流场中存在的旋涡结构及其相互作用。最后,为了对波瓣原型结构进行优化设计,建立了多元非线性回归分析模型,获得了具有优良掺混特性的波瓣几何结构。数值模拟结果表明,在波瓣混合器下游流场中存在两类不同的旋涡结构,即内外涵气流径向压力梯度诱导产生的流向涡和内外涵气流速度差产生的K-H扰动诱导产生的正交涡。在靠近波瓣尾缘的下游区域,流向涡和正交涡进一步发展,影响范围逐渐扩大,涡量降低。然后,在Z=0.3m位置处流向涡带发生偏转,高涡量区下移,且在靠近外涵道出口处分叉;正交涡由于受到流向涡的卷吸和合并,在流场下游Z=0.45m位置处断裂为波峰段和波谷段。正...
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 我国风能的利用现状
1.1.1 风能定义及其优势
1.1.2 中国风电发展现状
1.2 风力机分类及设计方法综述
1.2.1 水平轴风力机
1.2.2 垂直轴风力机
1.2.3 低速风力机设计方法简介
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 本文的主要研究内容
第2章 数值计算方法
2.1 引言
2.2 流体力学的控制方程组
2.3 湍流模型
2.3.1 标准k-? 模型
2.3.2 RNG k-? 模型
2.3.3 k-ω 模型
2.3.4 SST k-ω 模型
2.4 风力机基本理论
2.4.1 贝茨理论
2.4.2 引射器特性方程
2.5 本章小结
第3章 波瓣混合器的数学描述
3.1 引言
3.2 几何模型的参数化设计
3.3 网格划分及网格无关性验证
3.4 湍流模型的验证
3.5 本章小结
第4章 波瓣混合器增强掺混的机理分析
4.1 引言
4.2 流向涡与正交涡的产生机理
4.3 波瓣混合器旋涡发展的基本规律
4.4 涡轮级气动性能分析
4.5 本章小结
第5章 波瓣混合器的优化设计及气动特性分析
5.1 引言
5.2 动叶转速的选择
5.3 波瓣尾缘距外涵喉部的距离的选择
5.4 最速上升法寻找最优区域
5.4.1 一次回归正交分析
5.4.2 最速上升法寻找最优区域
5.5 多元非线性回归分析
5.6 波瓣混合器基本参数对动叶扭矩的影响
5.6.1 波瓣混合器波瓣数的影响
5.6.2 波瓣混合器基本参数的影响
5.7 低速风力机优化结构与原型的对比
5.8 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]非对称波瓣下外扩张角对S型喷管气动热力性能影响[J]. 刘友宏,杜力伟,李腾,邵万仁,徐速,邓洪伟. 推进技术. 2015(05)
[2]波瓣数对波瓣S型混合二元喷管气动热力性能影响[J]. 杜力伟,刘友宏,邵万仁,徐速,邓洪伟. 航空动力学报. 2015(04)
[3]椭圆形切扇修形对波瓣混合器掺混性能影响[J]. 赵彤,黄沛霖,姬金祖. 沈阳航空航天大学学报. 2014(05)
[4]双级波瓣引射混合器的引射性能[J]. 潘丞雄,张靖周,单勇. 航空动力学报. 2014(09)
[5]中心锥有无内突扩的波瓣引射器内流场数值模拟研究[J]. 罗虎,金捷,杜刚. 应用数学和力学. 2014(05)
[6]分开式与混合式排气喷管气动特性对比研究[J]. 康冠群,王强. 航空发动机. 2013(06)
[7]波瓣凹扇修形对波瓣强迫混合排气系统性能影响[J]. 刘友宏,杜力伟,谢翌,邵万仁,吴飞. 科学技术与工程. 2013(18)
[8]低风速风电机组多学科优化设计[J]. 王靛,巫发明,王磊,李慧新. 大功率变流技术. 2013(03)
[9]波瓣尾缘切角对涡扇发动机混合排气系统气动热力性能影响[J]. 刘友宏,张少鹏,杨旭,谢翌,邵万仁,吴飞. 推进技术. 2013(06)
[10]MWT/1MW级风电机组的低风速优化设计[J]. 孙樵. 科技创业月刊. 2013(05)
博士论文
[1]大容量浓缩风能型风力发电机模型气动特性的实验研究[D]. 韩巧丽.内蒙古农业大学 2006
硕士论文
[1]基于GIS的风能资源评估与风电场微观选址关键模型[D]. 刘立聪.中国矿业大学 2014
[2]某低风速风力机叶片的气动设计与有限元分析[D]. 武方方.西南交通大学 2014
[3]提高Darrieus型风力机风能利用率方法的数值研究[D]. 陈珺.上海大学 2014
[4]山地风电场风能资源评估研究[D]. 汪阳.中南大学 2013
[5]风力发电系统最大风能捕获及其并网研究[D]. 谢建平.燕山大学 2013
[6]预旋角不同径向布局下波瓣射流掺混机理的数值研究[D]. 岳巍.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013
[7]波瓣喷管引射机理及应用研究[D]. 张燚.哈尔滨工程大学 2013
[8]风力机叶片绕流的数值模拟研究[D]. 吕由.辽宁工程技术大学 2011
[9]小型磁悬浮低风速风力发电机关键技术研究[D]. 杨伟波.武汉理工大学 2009
[10]低风速条件风力发电机组的初步研究[D]. 吴正泳.华北电力大学（北京） 2008
本文编号：3690148
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 我国风能的利用现状
1.1.1 风能定义及其优势
1.1.2 中国风电发展现状
1.2 风力机分类及设计方法综述
1.2.1 水平轴风力机
1.2.2 垂直轴风力机
1.2.3 低速风力机设计方法简介
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 本文的主要研究内容
第2章 数值计算方法
2.1 引言
2.2 流体力学的控制方程组
2.3 湍流模型
2.3.1 标准k-? 模型
2.3.2 RNG k-? 模型
2.3.3 k-ω 模型
2.3.4 SST k-ω 模型
2.4 风力机基本理论
2.4.1 贝茨理论
2.4.2 引射器特性方程
2.5 本章小结
第3章 波瓣混合器的数学描述
3.1 引言
3.2 几何模型的参数化设计
3.3 网格划分及网格无关性验证
3.4 湍流模型的验证
3.5 本章小结
第4章 波瓣混合器增强掺混的机理分析
4.1 引言
4.2 流向涡与正交涡的产生机理
4.3 波瓣混合器旋涡发展的基本规律
4.4 涡轮级气动性能分析
4.5 本章小结
第5章 波瓣混合器的优化设计及气动特性分析
5.1 引言
5.2 动叶转速的选择
5.3 波瓣尾缘距外涵喉部的距离的选择
5.4 最速上升法寻找最优区域
5.4.1 一次回归正交分析
5.4.2 最速上升法寻找最优区域
5.5 多元非线性回归分析
5.6 波瓣混合器基本参数对动叶扭矩的影响
5.6.1 波瓣混合器波瓣数的影响
5.6.2 波瓣混合器基本参数的影响
5.7 低速风力机优化结构与原型的对比
5.8 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]非对称波瓣下外扩张角对S型喷管气动热力性能影响[J]. 刘友宏,杜力伟,李腾,邵万仁,徐速,邓洪伟. 推进技术. 2015(05)
[2]波瓣数对波瓣S型混合二元喷管气动热力性能影响[J]. 杜力伟,刘友宏,邵万仁,徐速,邓洪伟. 航空动力学报. 2015(04)
[3]椭圆形切扇修形对波瓣混合器掺混性能影响[J]. 赵彤,黄沛霖,姬金祖. 沈阳航空航天大学学报. 2014(05)
[4]双级波瓣引射混合器的引射性能[J]. 潘丞雄,张靖周,单勇. 航空动力学报. 2014(09)
[5]中心锥有无内突扩的波瓣引射器内流场数值模拟研究[J]. 罗虎,金捷,杜刚. 应用数学和力学. 2014(05)
[6]分开式与混合式排气喷管气动特性对比研究[J]. 康冠群,王强. 航空发动机. 2013(06)
[7]波瓣凹扇修形对波瓣强迫混合排气系统性能影响[J]. 刘友宏,杜力伟,谢翌,邵万仁,吴飞. 科学技术与工程. 2013(18)
[8]低风速风电机组多学科优化设计[J]. 王靛,巫发明,王磊,李慧新. 大功率变流技术. 2013(03)
[9]波瓣尾缘切角对涡扇发动机混合排气系统气动热力性能影响[J]. 刘友宏,张少鹏,杨旭,谢翌,邵万仁,吴飞. 推进技术. 2013(06)
[10]MWT/1MW级风电机组的低风速优化设计[J]. 孙樵. 科技创业月刊. 2013(05)
博士论文
[1]大容量浓缩风能型风力发电机模型气动特性的实验研究[D]. 韩巧丽.内蒙古农业大学 2006
硕士论文
[1]基于GIS的风能资源评估与风电场微观选址关键模型[D]. 刘立聪.中国矿业大学 2014
[2]某低风速风力机叶片的气动设计与有限元分析[D]. 武方方.西南交通大学 2014
[3]提高Darrieus型风力机风能利用率方法的数值研究[D]. 陈珺.上海大学 2014
[4]山地风电场风能资源评估研究[D]. 汪阳.中南大学 2013
[5]风力发电系统最大风能捕获及其并网研究[D]. 谢建平.燕山大学 2013
[6]预旋角不同径向布局下波瓣射流掺混机理的数值研究[D]. 岳巍.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013
[7]波瓣喷管引射机理及应用研究[D]. 张燚.哈尔滨工程大学 2013
[8]风力机叶片绕流的数值模拟研究[D]. 吕由.辽宁工程技术大学 2011
[9]小型磁悬浮低风速风力发电机关键技术研究[D]. 杨伟波.武汉理工大学 2009
[10]低风速条件风力发电机组的初步研究[D]. 吴正泳.华北电力大学（北京） 2008
本文编号：3690148
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