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小型H型垂直轴风力发电机气动性能分析

作　者: 郑云
导　师: 柯坚
学　校: 西南交通大学
专　业: 机械电子工程
关键词: H型风力发电机风轮计算流体力学风能利用率扭矩匹配
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 551次
引　用: 3次
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内容摘要

小型H型垂直轴风力机由于具有低速性能好、噪声低、安全性高、对环境破坏小、结构简单、成本低廉等优点而拥有很大的市场前景。风轮和发电机是风力发电系统的主要部件,其结构及性能对风力发电系统的风能利用效率有着至关重要的作用。但是,由于缺乏系统的设计及优化方法,导致H型风力发电机的风能利用效率低下的问题一直未得到解决。为此,本文针对H型风力发电机,建立一种对H型风力发电机的优化设计具有重要的实际意义的分析方法,对其进行气动性能分析。本文主要采用基于计算流体力学的数值模拟方法,利用有限体积法对H型风力发电机的气动性能进行计算,并在此基础上研究了影响H型风力发电机气动性能的因素以及风轮与发电机的匹配。论文主要包含三部分的内容:风轮几何模型的建化及计算模型的建立;风轮结构对风力发电机气动性能影响的研究;风轮与发电机的匹配特性研究。采用移动网格技术,对风轮进行瞬态CFD计算,可获得不同状态下风轮的风能利用率及转矩等数据,从而为设计出高效率的风力发电机提供理论依据。对不同来流风速下的风轮功率及扭矩进行计算,输出各风速下风车转速和输出转矩、输出功率之间的关系,将此关系曲线谱与电机特性曲线对应,进而对风轮和发电机的匹配特性进行研究。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-21
  1.1 小型风能发电机开发背景  11-12
  1.2 风力发电技术介绍  12-17
    1.2.1 水平轴风力发电机  12-14
    1.2.2 垂直轴风力发电机  14-16
    1.2.3 国内外最新小型垂直轴风力发电机  16-17
  1.3 垂直轴风力机气动性能分析理论研究进展  17-19
  1.4 本文主要目的和工作内容  19-21
第2章数值模拟方法  21-36
  2.1 流动控制方程  21-23
  2.2 湍流模型  23-29
    2.2.1 湍流数值模拟方法  24-25
    2.2.2 粘涡模型  25-27
    2.2.3 壁面函数  27-29
  2.3 方程的离散  29-33
    2.3.1 建立离散方程  29-30
    2.3.2 空间离散  30-32
    2.3.3 非定常时间项离散  32-33
  2.4 计算网格  33-35
    2.4.1 网格的种类  33-35
    2.4.2 划分网格的过程  35
  2.5 本章小结  35-36
第3章建立CFD计算模型  36-52
  3.1 模型简化  36-39
  3.2 网格划分  39-44
    3.2.1 设定计算域  39-41
    3.2.2 划分网格  41-44
  3.3 计算条件设定  44-45
    3.3.1 解析假定  44
    3.3.2 边界条件设定  44-45
  3.4 瞬态模型建立  45-48
    3.4.1 移动网格技术  45-47
    3.4.2 瞬态模型参数设定  47-48
  3.5 计算结果处理  48-49
  3.6 二维模型计算结果和三维模型计算结果的比较  49-51
  3.7 本章小结  51-52
第4章风轮气动性能影响因素研究  52-92
  4.1 不同叶片安装角下的风轮气动性能分析  52-63
  4.2 不同翼型风轮的气动性能分析  63-71
  4.3 不同翼型弦长风轮的气动性能分析  71-77
  4.4 不同叶片安装半径风轮的气动性能分析  77-83
  4.5 不同叶片数风轮的气动性能分析  83-91
  4.6 本章小结  91-92
第5章风轮与发电机匹配特性分析  92-105
  5.1 直驱式风力发电机技术  92-95
  5.2 永磁同步发电机特性分析  95-98
    5.2.1 永磁同步发电机工作原理  95-97
    5.2.2 永磁同步发电机的功率一转速特性  97-98
  5.3 风轮与发电机的匹配特性分析  98-104
    5.3.1 不同来流风速下风轮气动性能分析  98-102
    5.3.2 风轮与发电机的最佳功率匹配  102-104
  5.4 本章小结  104-105
第六章结论及展望  105-107
  6.1 结论  105-106
  6.2 展望  106-107
致谢  107-108
参考文献  108-112
攻读硕士期间发表的论文  112

小型H型垂直轴风力发电机气动性能分析

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