学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

小型Savonius风机的创新设计与仿真优化分析

作　者: 位晓清
导　师: 王东兴; 蔡国忠
学　校: 烟台大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 垂直轴风机功率特性重叠比表面粗糙度
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 2次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

Savonius风力发电机是一种比较典型的垂直轴风力发电机。传统的风机的发电机结构，通常都是由一个转子和一个定子组成，发电机工作时，定子部分静止，只有转子机构运转。针对这一情形并结合Savonius风机的工作原理，提出了一种新型的发电机结构。将两台相同规格的Savonius风轮，按照一上一下的方式安装，使两风轮同轴带动一个发电机运转，以达到提高风机发电效率的目的。通过ANSYS的CFX模块，选用基于RANS的标准k ε湍流模型，对风机模型进行流体分析，并通过ANSYS的Static structure模块进行结构强度分析，计算小型Savonius风机的效率，验证本设计方法的正确性。将有限元仿真得到的结果进行处理和分析，得到叶片在旋转过程中产生扭矩的情况，根据风机功率的计算公式，得到小型Savonius风机的功率特性，并计算求得风机的力矩系数和叶片旋转角度之间的关系。然后通过分析，得到风机在一个旋转周期内，产生正扭矩和负扭矩所分别处于的区间位置，以及产生最大扭矩时所处的角度。利用得到的风机叶片转角与风机功率特性的关系情况，可以为今后对Savonius风机进行相关的研究提供借鉴，以及对Savonius风机进行结构优化和提高发电效率提供参考依据。最后，对风机进行适当的优化设计，通过提高两交错半筒形叶片的内表面的粗糙度，来增大Savonius风机内表面的迎风阻力,提高风机对扫略风能的利用率，从而提升风机的发电效率。通过实验验证测试，比较风机内表面粗糙度改变前后风机发电效率的差异，验证本优化方法的可行性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-15
  1.1 课题研究背景及意义  8-9
  1.2 风机的分类及发展现状  9-13
    1.2.1 风机的分类  9-11
    1.2.2 风力发电机的发展现状  11-13
  1.3 本文的主要内容  13-15
2 风机的简化模型绘制及仿真软件介绍  15-23
  2.1 本研究的风机实物  15-16
  2.2 绘制风机简化三维模型  16-20
    2.2.1 Pro/E 软件简介  16
    2.2.2 风机等效简化模型绘制  16-20
  2.3 流体力学及 CFX 简介  20-22
    2.3.1 流体力学简介  20-21
    2.3.2 ANSYS workbench CFX 模块简介  21-22
  2.4 本章小结  22-23
3 Savonius 风机的仿真模拟与数值分析  23-40
  3.1 风机流固耦合分析  24-36
    3.1.1 模型导入及建立内外部流场  24-25
    3.1.2 模型网格划分  25-27
    3.1.3 仿真分析前处理  27-29
    3.1.4 仿真结果分析  29-36
  3.2 风机静态结构分析  36-39
    3.2.1 模型前处理  36-37
    3.2.2 求解结果分析  37-39
  3.3 本章小结  39-40
4 风洞实验测试与模拟结果对比  40-45
  4.1 风机实物风洞实验测试  40-42
    4.1.1 风洞参数与实验器材  40-42
    4.1.2 测试方法及结果  42
  4.2 实验结果与模拟结果对比  42-43
  4.3 风机的安全保护装置  43
  4.4 本章小结  43-45
5 Savonius 风机的优化设计  45-51
  5.1 叶片内表面粗糙度对风机效率的影响  45-46
  5.2 实验验证  46-49
    5.2.1 制作 Savonius 风机  46-47
    5.2.2 实验方法  47-49
    5.2.3 实验结果  49
  5.3 本章小结  49-51
6 总结  51-56
  6.1 全文总结  51
  6.2 展望  51-56
    6.2.1 导风罩装置  52-54
    6.2.2 柔性材料叶片  54-55
    6.2.3 本研究涉及风机展望  55-56
参考文献  56-59
致谢  59-60
附录 1 攻读学位期间发表的学术论文目录  60-61

小型Savonius风机的创新设计与仿真优化分析

内容摘要

全文目录

相似论文