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直叶片垂直轴风力机的气动性能研究

作　者: 张岩
导　师: 申振华；徐志晖
学　校:
专　业: 航空宇航推进理论与工程
关键词: 垂直轴风力机非对称翼型安装方式表面粗糙度数值模拟功率系数
分类号: TK83
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

风力发电机是一种吸收风能的装置,主要分为水平轴风力机和垂直轴风力机两类。水平轴风力机因其性能上的一些优势以及技术较为成熟而被广泛应用,而垂直轴风力机凭借其自身的特性,也越来越被人们所重视。目前,风力机整机的气动性能主要依靠风洞实验来获得,然而随着现代计算机技术的发展,CFD方法在风力机气动性能研究中的作用越来越明显。基于此,本文进行了风力机的风洞实验及风力机二维模型的数值模拟。本文以DU06-W-200非对称翼型直叶片垂直轴风力机为研究对象,在风洞中对风力机模型进行一系列性能对比实验,研究了叶片在正装和反装两种安装方式下,不同安装角、不同风速条件下的风力机气动性能。实验结果表明:对于该非对称翼型,采用反装安装方式时风力机性能更好;而且存在一个最佳安装角,使翼型反装时性能更好,风速8m/s时反装状态功率系数比正装状态高出22%,风速9m/s时则高出24%;最佳功率系数随风速的增加而增大。通过在不同叶片位置进行表面粗糙度的处理后进行风力机整机风洞实验,本文还研究了表面粗糙度对垂直轴风力机性能影响。实验结果表明:在叶片吸力面尾缘适当增加一定粗糙度和宽度的粗糙带能有效提高风力机的功率系数。此外,本文还根据实验条件建立数值计算模型,采用滑移网格技术对直叶片垂直轴风力机在两个确定尖速比下进行二维非定常的数值模拟。数值模拟结果表明:数值计算结果要略微高于实验值,但可以看出两条曲线有比较好的一致性,其变化趋势基本一致,并且最大功率系数对应的最佳尖速比都出现在2.8左右;随着尖速比的增大,风力机对气流的阻碍明显加大,更多的气流从风轮旋转面外侧绕过而不是从风轮内部穿过;低尖速比时翼型失速范围要远大于高尖速比时,这也验证了本文的实验结果。

直叶片垂直轴风力机的气动性能研究

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