兆瓦級升阻復合型垂直軸風力機氣動特性及結構研究.pdf

1、垂直軸風力機相對水平軸風力機有無需對風的天然優(yōu)勢，而且升力型垂直軸風力機的風能利用率也可以達到與水平軸風力機相同的水平，但目前卻少有大功率的垂直軸風力機出現(xiàn)。阻礙其大型化的主要原因在于：升力型垂直軸風力機的啟動困難以及大型風輪結構的設計困難。為解決此問題，本文設計了新型升阻復合方式的兆瓦級垂直軸風力機，并對其氣動特性和結構進行了研究。
　　基于垂直軸風力機的致動盤理論和多流管理論，結合升阻復合型風輪的特點，并綜合考慮升力葉片及阻力

2、葉片的各項參數(shù)對風輪氣動特性的影響，建立了分區(qū)域計算的多致動盤多流管理論模型，便于觀察風輪各參數(shù)的作用機理和高效地計算風輪的平均功率系數(shù)。
　　針對理論模型難以考慮到各葉片之間相互影響的不足，采用FLUENT數(shù)值模擬的方法，對9種不同升阻復合風輪模型進行了啟動性能、運行效率、極限工況受力狀態(tài)等方面的研究。發(fā)現(xiàn)阻力葉片尺寸越大、距主軸越遠均會使風輪的啟動性能提升、運行效率下降，并分析了其原因。將升阻復合型風輪與傳統(tǒng)的純升力型風輪相比

3、較，結果表明采用升阻復合型風輪對啟動性能提升顯著。將本文建立的多致動盤多流管理論模型的計算的功率系數(shù)與數(shù)值模擬的結果進行了對比，發(fā)現(xiàn)在低尖速比時比較準確，而在高尖速比時功率系數(shù)偏高，得到了理論模型的適用范圍。
　　為解決兆瓦級風力機的風輪結構設計的困難，針對2MW升阻復合型風力機，對比了多種風輪整體方案和連接臂構型，進行優(yōu)選，依次設計校核了連接臂部分、主軸部分的鋼結構部件，并設計了升力葉片和阻力葉片的內(nèi)部結構、鋪層材料及連接方式，