Magnus風(fēng)力機葉片的改進及其特性研究.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟發(fā)展以及人民生活水平的提高,能源需求急劇增加,導(dǎo)致煤炭、石油等一次能源的過度開采應(yīng)用,人類即將面臨能源枯竭的威脅以及能源消耗產(chǎn)生的環(huán)境問題日益加劇帶來的巨大壓力,因此,新能源問題成為國家中長期發(fā)展規(guī)劃的戰(zhàn)略需求和世界的焦點。風(fēng)能是最易于開發(fā)、發(fā)展最成熟的新能源。葉片作為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的關(guān)鍵部件,其性能好壞決定了風(fēng)電設(shè)備的發(fā)電效率。隨著風(fēng)力機單機容量增高,機組尺寸不斷增大,葉片也越來越長,為了使之能夠更好的捕捉風(fēng)能,葉片扭轉(zhuǎn)角也

2、越大,不僅使得設(shè)計與制造困難,還增加了葉片對攻角敏感性,導(dǎo)致風(fēng)力機輸出功率更加不穩(wěn)定,此外,葉片大型化也給運輸與維護帶來極大地不便,傳統(tǒng)葉片越來越難以支持風(fēng)力機的快速發(fā)展。本文利用圓柱形Magnus葉片結(jié)合翼型尾翼,提出了一種新型風(fēng)力機葉片結(jié)構(gòu)。
　　論文利用FLUENT軟件仿真研究了高雷諾數(shù)高周速比情況下Magnus葉片繞流流場變化及其升/阻力特性,分析了風(fēng)速、轉(zhuǎn)速、葉片直徑等參數(shù)對Magnus葉片升/阻力特性的影響規(guī)律,得到了

3、影響Magnus葉片特性的最主要參數(shù)可以歸納為雷諾數(shù)和周速比,并分析了其影響規(guī)律。從理論上分析了葉片升阻比對風(fēng)力機性能的影響規(guī)律,研究闡明了Magnus葉片應(yīng)用于水平軸風(fēng)力機所存在的問題。
　　研究了Magnus葉片在不同周速比和雷諾數(shù)條件下的流場變化規(guī)律,并分析了其流場形態(tài)變化產(chǎn)生的原因,得出了制約Magnus葉片升阻比提升的原因;研究了流場形態(tài)對Magnus葉片升/阻力特性的影響規(guī)律,得出了升阻比隨前駐點和尾渦位置的變化規(guī)律,

4、為Magnus葉片改進研究提供了理論支持。
　　提出了兩種針對Magnus葉片的改進方案,增加頭部結(jié)構(gòu)和增加尾翼結(jié)構(gòu)。分析了不同頭部結(jié)構(gòu)形狀及其位置對流場及葉片升/阻力特性的影響;同時研究了尾翼結(jié)構(gòu)參數(shù)對葉片氣動性能影響規(guī)律,確定尾翼形狀。根據(jù)尾翼結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)對葉片流場影響,對葉片幾何參數(shù)進行了優(yōu)化。最后通過仿真計算,獲得了風(fēng)速、轉(zhuǎn)速、攻角、周速比、雷諾數(shù)對新型葉片的升阻力系數(shù)影響規(guī)律。
　　設(shè)計了一套用于測量Magnus型

5、風(fēng)力機葉片氣動性能的測試系統(tǒng),利用該測試系統(tǒng)對圓柱形Magnus葉片和改進型Magnus葉片氣動性能進行了實驗研究,分析兩種葉片升阻比受周速比、攻角等參數(shù)的影響,并與仿真結(jié)果進行了比較,分析了實驗產(chǎn)生誤差的原因并提出了改進建議。
　　應(yīng)用改進型Magnus葉片設(shè)計了改進型Magnus水平軸風(fēng)力機幾何模型,根據(jù)葉素動量定理及其修正理論,建立了改進型Magnus水平軸風(fēng)力機計算模型,通過該計算模型研究了不同參數(shù)下風(fēng)力機氣動特性變化規(guī)律

6、,最后分析了改進型Magnus風(fēng)力機功率特性、轉(zhuǎn)矩特性和推力特性,并與傳統(tǒng)翼型NACA0018構(gòu)成的水平軸風(fēng)力機和Magnus水平軸風(fēng)力機進行了比較分析,得出了改進型Magnus風(fēng)力機相比于另外兩種風(fēng)力機優(yōu)勢所在。
　　綜上所述,本文提出了一種改進型Magnus葉片,升阻比可達到40以上,相比于Magnus葉片提升47％,同時相比于傳統(tǒng)翼型葉片,具有攻角不敏感性,在較大攻角范圍內(nèi)不會出現(xiàn)失速現(xiàn)象。利用該葉片設(shè)計的改進型Magnus