学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

装有可摆动挡风片的Savonius风轮静态转矩的研究

作　者: 曹开元
导　师: 宋小文；胡树根；王耘
学　校: 浙江大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: Savonius 可摆动挡风片 CFD仿真
分类号: TK83
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 30次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

能源危机日益严峻,风能作为清洁能源,因其开发潜能巨大越来越受到人们关注,Savonius风轮是较为常见的一种垂直轴风力发电机,其特点是转矩大,启动风速低,但效率较低,因此为提高Savnius风轮的效率,论文主要研究成果如下：(1)对现有的Savonius风轮优化方法进行分析,总结了三个Savonius风轮的研究方向：参数优化,组合优化和辅助结构优化,通过对比分析,确定辅助结构优化作为论文的优化方向。(2)叶片优化分为两个阶段：第一阶段提出一种导流孔优化模型,进行风洞实验和模拟仿真，检验优化效果和仿真效果第二个阶段提出一种可摆动挡风片的风轮结构设计,通过模拟仿真的方法检验其优化效果。论文设计了含导流孔的Savonius风轮的风洞实验,通过实验结果与CFD仿真结果进行对比,验证CFD仿真的可靠性。接着分析了三种不同的仿真方法：三维网格划分,滑移网格以及静态网格划分方法,对比三种网格划分方法及计算结果,选择静态网格划分方法计算装有可摆动挡风片的风轮静态转矩。(3)论文选择三叶片的Savonius风轮作为基础模型,根据现有研究成果设计风轮的基本参数,设计风轮模型结构,并对其转轴危险截面进行校核,同时选择合适尺寸的轴承并对其承载能力和使用寿命进行校核。论文设计了一种新型的挡风片机构作为提升其效率的方式,本文提出的挡风片为长方形薄片,安装于叶片末端,挡风片能够以其自身的尖端为转轴在一定范围内自由摆动,风轮上有两个限位销对挡风片进行限位。当叶片处于迎风状态时,挡风片位于限位位置,此状态下挡风片能为风轮提供额外的转矩,其余状态挡风片自由摆动,挡风片对风轮转矩影响较小。(4)论文在验证CFD仿真可靠性的基础上,采用二维静态网格划分方法作为CFD网格划分方法,通过对风轮静态转矩的研究发现风轮转矩系数的平均值从0.64提升至0.83;风轮在[-10°,80°]范围内挡风片增矩效果明显,[80°,100°]范围内增矩效果较弱;叶片平均转矩由0.56提升至0.73。一个周期内,单独叶片的转矩变化平均值仅为0.03,因此挡风片对风轮转矩的提升主要来自于挡风片受到的力矩。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-22
  1.1 课题研究背景  11-13
    1.1.1 新能源发展趋势  11
    1.1.2 风能利用历史及现状  11-12
    1.1.3 我国风能的发展状况  12-13
    1.1.4 课题来源  13
  1.2 风轮研究方向分类  13-16
    1.2.1 水平轴型风力发电机  13-14
    1.2.2 垂直轴型风力发电机  14-15
    1.2.3 风轮性能评价系数  15-16
  1.3 Savonius风轮的特点及国内外研究现状  16-18
    1.3.1 Savonius风轮的特点分析及对比  16-18
    1.3.2 Savonius风轮国内外研究现状  18
  1.4 论文的工作内容和技术路线  18-21
    1.4.1 研究目的  18-19
    1.4.2 研究内容  19-20
    1.4.3 研究方案和技术路线  20-21
  1.5 本章小结  21-22
第2章 Savonius风轮性能优化方法  22-29
  2.1 Savonius风轮的应用现状  22-23
  2.2 Savonius风轮优化方法分析  23-27
    2.2.1 Savonius风轮参数的优化  23-24
    2.2.2 Savonius风轮组合型优化  24-26
    2.2.3 辅助机构的优化  26-27
  2.3 安装挡风片的优化  27
  2.4 本章小结  27-29
第3章 Savonius风轮实验方法研究  29-38
  3.1 含导流孔Savonius风轮实验模型  29
  3.2 风洞实验  29-32
    3.2.1 风洞实验要求及布置  30
    3.2.2 测试方法及内容  30-31
    3.2.3 实验结果  31-32
  3.3 CFD仿真模拟  32-37
    3.3.1 Fluent简介  32-33
    3.3.2 三维模型仿真  33-36
    3.3.3 二维滑移网格仿真  36-37
    3.3.4 二维静态网格仿真  37
  3.4 本章小结  37-38
第4章风轮优化模型及挡风片的设计  38-48
  4.1 风轮基本模型的参数设计  38-39
  4.2 风轮挡风片的设计  39-41
  4.3 叶片加工形式的选择  41-42
  4.4 主要零件的设计与校核  42-45
    4.4.1 转轴的设计与校核  42-44
    4.4.2 轴承的选择与校核  44-45
  4.5 挡风片转动效果验证  45-47
  4.6 本章小结  47-48
第5章 Savonius风轮试验流体的研究  48-57
  5.1 试验流体基本参数分析  48-49
    5.1.1 空气流体粘性  48
    5.1.2 流体的传热性  48
    5.1.3 流体的压缩性  48-49
  5.2 试验流体的模型化  49-51
    5.2.1 连续流体假设  49-50
    5.2.2 牛顿流体  50
    5.2.3 绝热流体  50
    5.2.4 不可压缩流体  50
    5.2.5 定常流动  50-51
  5.3 流体动力学控制方程及参数计算  51-56
    5.3.1 质量守恒方程与动量守恒方程  51-52
    5.3.2 层流和湍流的定义  52-53
    5.3.3 雷诺数Re和临界雷诺数  53
    5.3.4 仿真湍流模型  53-55
    5.3.5 湍流参数计算  55-56
  5.4 本章小结  56-57
第6章 Savonius风轮二维静态网格仿真研究  57-67
  6.1 二维静态网格仿真计算流程  57
  6.2 CAD建模方法  57-59
    6.2.1 Solidworks建模过程  58-59
    6.2.2 AutoCAD建模方法  59
  6.3 网格划分  59-61
  6.4 边界条件的设定  61-62
  6.5 Fluent计算  62-66
  6.6 本章小结  66-67
第7章 Savonius风轮静态仿真方案及结果分析  67-78
  7.1 二维静态CFD仿真方案  67
  7.2 挡风片位置的确定  67-69
  7.3 参数设置及数据计算方法  69-70
  7.4 仿真与试验结果对比  70-71
  7.5 试验结果分析  71-75
  7.6 增矩原因分析  75-77
  7.7 本章小结  77-78
第8章总结与展望  78-80
  8.1 总结  78-79
  8.2 展望  79-80
参考文献  80-82

装有可摆动挡风片的Savonius风轮静态转矩的研究

内容摘要

全文目录

相似论文