升力型、升阻型垂直軸風(fēng)力機(jī)流場(chǎng)計(jì)算及性能預(yù)測(cè).pdf

1、傳統(tǒng)的垂直軸風(fēng)力機(jī)主要分為兩類(lèi):一類(lèi)是利用翼型的升力做功的風(fēng)力機(jī)，稱(chēng)這種風(fēng)力機(jī)為升力型風(fēng)力機(jī);另一類(lèi)是利用空氣動(dòng)力的阻力做功的阻力型風(fēng)力機(jī)。由于升力型風(fēng)力機(jī)相對(duì)于阻力型風(fēng)力機(jī)輸出功率較大，但啟動(dòng)力矩相對(duì)較小，本文將升力型風(fēng)輪和阻力型風(fēng)輪組合構(gòu)成升阻型風(fēng)力機(jī)，從理論上來(lái)說(shuō)這種風(fēng)力機(jī)將具備它們各自的優(yōu)點(diǎn)。因此，本課題針對(duì)升阻型風(fēng)力機(jī)的性能對(duì)其升力型風(fēng)輪葉片翼型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、分析升力型風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)性能、計(jì)算升阻型風(fēng)力機(jī)的啟動(dòng)風(fēng)速、啟動(dòng)力矩、切

2、入風(fēng)速以及對(duì)流場(chǎng)設(shè)置方法進(jìn)行探討，其主要內(nèi)容包括:
　　 1.利用數(shù)值模擬和已有試驗(yàn)數(shù)據(jù)研究低速對(duì)稱(chēng)翼型在不同雷諾數(shù)下的性能，不同的相對(duì)厚度對(duì)翼型氣動(dòng)性能的影響，對(duì)比計(jì)算結(jié)果，分析不同翼型的氣動(dòng)性能，從中選出一個(gè)最佳翼型作為升力型風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪葉片的翼型;
　　 2.利用CFD軟件，對(duì)升力型風(fēng)力機(jī)進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算及性能預(yù)測(cè)，研究其氣動(dòng)性能，包括風(fēng)輪尾流的變化、啟動(dòng)風(fēng)速的大小、失速時(shí)的風(fēng)速和最大功率以及風(fēng)輪的受力情況;
　　

3、 3.利用雙滑移網(wǎng)格技術(shù)對(duì)升阻型風(fēng)力機(jī)進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算及性能預(yù)測(cè)，研究其氣動(dòng)特性，包括風(fēng)輪尾流的變化、啟動(dòng)風(fēng)速的大小、失速時(shí)的風(fēng)速和最大功率以及風(fēng)輪的受力情況。還有湍流度對(duì)風(fēng)輪氣動(dòng)特性的影響、內(nèi)外風(fēng)輪之間網(wǎng)格的不同設(shè)置對(duì)流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果的影響和旋轉(zhuǎn)軸對(duì)流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果的影響，最后與升力型風(fēng)力機(jī)的流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。
　　 通過(guò)研究分析得出以下結(jié)論:
　　 1.在同一雷諾數(shù)下，隨著翼型相對(duì)厚度的增加，其計(jì)算值越接近試驗(yàn)值;同一

4、翼型，隨著雷諾數(shù)的增加，計(jì)算值也越接近試驗(yàn)值，且雷諾數(shù)越大，升力系數(shù)越大，阻力系數(shù)越小，反之，雷諾數(shù)越小，粘性越大，翼型越易失速，即越易發(fā)生邊界層分離;
　　 2.在葉尖速比一定的條件下，當(dāng)風(fēng)輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，風(fēng)輪方位角的變化對(duì)風(fēng)輪尾部的流場(chǎng)分布影響不大，且在風(fēng)輪尾部越接近風(fēng)輪的區(qū)域其流動(dòng)速度越小，在方位角為90°時(shí)，風(fēng)輪內(nèi)部有較多的低速區(qū)，當(dāng)風(fēng)輪后的流體離風(fēng)輪越遠(yuǎn)時(shí)，其流體流動(dòng)速度和風(fēng)輪前的來(lái)流速度越接近;升力型風(fēng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中所

5、受的扭矩隨轉(zhuǎn)速的增加先增加后減小;風(fēng)輪所受總力隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加;
　　 3.當(dāng)升阻型風(fēng)輪在相同的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)到不同角度，風(fēng)輪尾部的速度分布變化也不大，且在下風(fēng)向的流動(dòng)速度隨著距離風(fēng)輪中心越遠(yuǎn)，其流動(dòng)速度越大，且越接近風(fēng)輪前的來(lái)流速度，而風(fēng)輪內(nèi)部的速度變化大致相同;升阻型風(fēng)力機(jī)比升力型風(fēng)力機(jī)先發(fā)生失速現(xiàn)象，且在失速之前，升阻型風(fēng)力機(jī)的輸出功率大于升力型風(fēng)力機(jī)的輸出功率，但在失速之后升阻型風(fēng)力機(jī)輸出功率較小，升阻型風(fēng)力機(jī)的

6、最大功率小于升力型風(fēng)力機(jī)的最大功率，但是升阻型風(fēng)力機(jī)比升力型風(fēng)力機(jī)具有較大的啟動(dòng)力矩和較低的啟動(dòng)風(fēng)速，更易在低風(fēng)速下啟動(dòng)。在同樣的轉(zhuǎn)速下，升力型風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪所受總力持續(xù)增加，而升阻型風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪所受總力出現(xiàn)上下波動(dòng);
　　 4.對(duì)于升阻型風(fēng)力機(jī)，當(dāng)內(nèi)外風(fēng)輪之間網(wǎng)格設(shè)置不同時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的增加扭矩系數(shù)和扭矩均先增加后減小，且在設(shè)置該區(qū)域的網(wǎng)格為滑動(dòng)網(wǎng)格時(shí)，其扭矩系數(shù)和扭矩的最大值大于設(shè)置該區(qū)域的網(wǎng)格為固定網(wǎng)格情況下的最大值;隨著葉尖速比

7、的增加，功率和功率系數(shù)也先增加后減小，且在該情況下先失速，最大功率和最大功率系數(shù)均小于設(shè)置該區(qū)域的網(wǎng)格為固定網(wǎng)格時(shí)的情況;在不考慮旋轉(zhuǎn)軸的情況下升阻型風(fēng)力機(jī)有較大的啟動(dòng)力矩，且在相同風(fēng)速下扭矩和功率的計(jì)算結(jié)果將大于考慮旋轉(zhuǎn)軸的情況;在風(fēng)速小于額定風(fēng)速時(shí)，單向湍流度和雙向湍流度下的扭矩系數(shù)和扭矩相差較小，而當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速時(shí)，在這兩種情況下差別很大，且雙向湍流度下的扭矩系數(shù)和扭矩大于單向湍流度下的值，雙向湍流度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單向湍流度對(duì)流場(chǎng)的