圓臺(tái)型聚風(fēng)罩對(duì)垂直軸風(fēng)力機(jī)起動(dòng)性與輸出功率影響研究.pdf

1、為了改善直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)的低風(fēng)速起動(dòng)性問(wèn)題和提高風(fēng)力機(jī)輸出功率，設(shè)計(jì)了一種可安裝于風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪上下兩端的圓臺(tái)型聚風(fēng)罩，利用上下聚風(fēng)罩形成的變截面通道對(duì)來(lái)流進(jìn)行導(dǎo)流，提高風(fēng)輪入口流速，減少葉片尖端流動(dòng)損失，整流風(fēng)輪內(nèi)部流場(chǎng)，從而提高風(fēng)力機(jī)的靜態(tài)起動(dòng)特性和動(dòng)態(tài)功率輸出性能。研究采用了理論分析、數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗(yàn)相結(jié)合的方法，主要進(jìn)行了兩部分研究?jī)?nèi)容:
　　(1)聚風(fēng)罩對(duì)風(fēng)力機(jī)靜態(tài)起動(dòng)性能影響研究，主要采用理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法

2、。首先利用流體力學(xué)基本原理對(duì)聚風(fēng)罩聚風(fēng)原理進(jìn)行理論分析，初步設(shè)定聚風(fēng)罩結(jié)構(gòu)形式;然后對(duì)聚風(fēng)罩多個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，通過(guò)二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)方法與三維數(shù)值計(jì)算相結(jié)合手段，對(duì)聚風(fēng)罩主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，計(jì)算在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)組合下聚風(fēng)罩對(duì)風(fēng)力機(jī)靜態(tài)起動(dòng)力矩影響，找出較優(yōu)聚風(fēng)罩結(jié)構(gòu)參數(shù);最后通過(guò)分析有無(wú)聚風(fēng)罩風(fēng)輪的周?chē)鲌?chǎng)不同，揭示聚風(fēng)罩的作用機(jī)理。
　　(2)聚風(fēng)罩對(duì)風(fēng)力機(jī)動(dòng)態(tài)輸出功率性能影響研究，主要采用風(fēng)洞試驗(yàn)的方法，將在計(jì)算

3、中得到的較優(yōu)聚風(fēng)罩結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，制作了1臺(tái)直徑600mm、高500mm的風(fēng)輪模型和圓臺(tái)型聚風(fēng)罩，進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)，測(cè)試了在不同風(fēng)速下，具有不同葉片個(gè)數(shù)的有無(wú)聚風(fēng)罩風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速特性和輸出功率特性，驗(yàn)證聚風(fēng)罩的有效性。
　　在本研究條件下得到的主要結(jié)論如下:
　　(1)針對(duì)本研究設(shè)定風(fēng)力機(jī)模型，通過(guò)數(shù)值模擬獲得了一組可有效提高風(fēng)力機(jī)靜態(tài)起動(dòng)性的聚風(fēng)罩結(jié)構(gòu)參數(shù):聚風(fēng)罩傾角為46°，高度為299mm，距風(fēng)輪距離36mm。風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果表

4、明帶有聚風(fēng)罩風(fēng)力機(jī)在各旋轉(zhuǎn)角下的起動(dòng)力矩均有不同程度提高，在15°旋轉(zhuǎn)角時(shí)靜力矩最高提升了30％。同時(shí)，帶有聚風(fēng)罩風(fēng)力機(jī)起動(dòng)時(shí)間縮短，轉(zhuǎn)速增長(zhǎng)快，可達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速高。驗(yàn)證了該圓臺(tái)型聚風(fēng)罩對(duì)風(fēng)力機(jī)起動(dòng)性能改善的有效性。
　　(2)通過(guò)對(duì)有無(wú)聚風(fēng)罩風(fēng)力機(jī)的動(dòng)態(tài)性能風(fēng)洞試驗(yàn)表明，帶有聚風(fēng)罩的風(fēng)力機(jī)在不同風(fēng)速下的最大輸出功率系數(shù)均有不同程度提高，且隨風(fēng)速的增大而增大，最高提升35％。試驗(yàn)結(jié)果還表明聚風(fēng)罩對(duì)2葉片和4葉片的風(fēng)力機(jī)性能提升都有一定

5、效果，說(shuō)明了聚風(fēng)罩對(duì)具有不同葉片個(gè)數(shù)的直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)性能提高均有一定的適用性。
　　(3)通過(guò)數(shù)值計(jì)算獲得了三維流線圖和不同平面上的速度分布情況，聚風(fēng)罩對(duì)風(fēng)輪入口處增速效果明顯，風(fēng)速最高提升了36.7％;聚風(fēng)罩對(duì)流經(jīng)葉片尖端和風(fēng)輪內(nèi)部的渦旋均有不同程度改善，一定程度上減少了能量損失，從而改善了風(fēng)輪周?chē)鲌?chǎng)特性。
　　本研究通過(guò)計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證了提出的圓臺(tái)型聚風(fēng)罩對(duì)直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)起動(dòng)性能改善和輸出功率提高的有效性，為開(kāi)發(fā)