Magnus風(fēng)力機(jī)葉片的改進(jìn)及其特性研究.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(diǎn)。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(jī)單機(jī)容量增高,機(jī)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(jì)與制造困難,還增加了葉片對(duì)攻角敏感性,導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)輸出功率更加不穩(wěn)定,此外,葉片大型化也給運(yùn)輸與維護(hù)帶來極大地不便,傳統(tǒng)葉片越來越難以支持風(fēng)力機(jī)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(jī)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(chǎng)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(duì)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(duì)風(fēng)力機(jī)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(jī)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(chǎng)變化規(guī)律,并分析了其流場(chǎng)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(chǎng)形態(tài)對(duì)Magnus葉片升/阻力特性的影響規(guī)律,得出了升阻比隨前駐點(diǎn)和尾渦位置的變化規(guī)律,

4、為Magnus葉片改進(jìn)研究提供了理論支持。
　　提出了兩種針對(duì)Magnus葉片的改進(jìn)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(duì)流場(chǎng)及葉片升/阻力特性的影響;同時(shí)研究了尾翼結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)葉片氣動(dòng)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(duì)葉片流場(chǎng)影響,對(duì)葉片幾何參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。最后通過仿真計(jì)算,獲得了風(fēng)速、轉(zhuǎn)速、攻角、周速比、雷諾數(shù)對(duì)新型葉片的升阻力系數(shù)影響規(guī)律。
　　設(shè)計(jì)了一套用于測(cè)量Magnus型

5、風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)性能的測(cè)試系統(tǒng),利用該測(cè)試系統(tǒng)對(duì)圓柱形Magnus葉片和改進(jìn)型Magnus葉片氣動(dòng)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)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(jìn)行了比較,分析了實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差的原因并提出了改進(jìn)建議。
　　應(yīng)用改進(jìn)型Magnus葉片設(shè)計(jì)了改進(jìn)型Magnus水平軸風(fēng)力機(jī)幾何模型,根據(jù)葉素動(dòng)量定理及其修正理論,建立了改進(jìn)型Magnus水平軸風(fēng)力機(jī)計(jì)算模型,通過該計(jì)算模型研究了不同參數(shù)下風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)特性變化規(guī)律

6、,最后分析了改進(jìn)型Magnus風(fēng)力機(jī)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(jī)和Magnus水平軸風(fēng)力機(jī)進(jìn)行了比較分析,得出了改進(jìn)型Magnus風(fēng)力機(jī)相比于另外兩種風(fēng)力機(jī)優(yōu)勢(shì)所在。
　　綜上所述,本文提出了一種改進(jìn)型Magnus葉片,升阻比可達(dá)到40以上,相比于Magnus葉片提升47％,同時(shí)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(huì)出現(xiàn)失速現(xiàn)象。利用該葉片設(shè)計(jì)的改進(jìn)型Magnus