風(fēng)沙環(huán)境下水平軸風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)特性研究.pdf

1、風(fēng)能作為可再生能源，近年來開始大規(guī)模的開發(fā)和利用。目前主要以水平軸可變槳機(jī)組為主，其中風(fēng)輪是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的重要部件。針對風(fēng)沙環(huán)境下運(yùn)行的風(fēng)力機(jī)，本文利用數(shù)值模擬風(fēng)洞的方法，研究了不同沙塵體積分?jǐn)?shù)和沙塵顆粒直徑對風(fēng)輪變風(fēng)速和恒定風(fēng)速下轉(zhuǎn)矩特性的影響及風(fēng)沙流動(dòng)規(guī)律。
　　1.不同沙塵體積分?jǐn)?shù)對風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩特性影響
　　當(dāng)顆粒直徑不變，變風(fēng)速工況下，風(fēng)速在3-17m/s時(shí)，風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩隨沙塵體積分?jǐn)?shù)的增加隨之增加，且比潔凈空氣時(shí)風(fēng)輪

2、轉(zhuǎn)矩要大。在此風(fēng)速區(qū)域內(nèi)，低風(fēng)速區(qū)域風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩隨體積分?jǐn)?shù)的增加并不敏感，風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩隨體積分?jǐn)?shù)增加變化不大;高風(fēng)速區(qū)域風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩隨沙塵體積分?jǐn)?shù)的增加增大較多，說明在此區(qū)間內(nèi)風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩對沙塵體積分?jǐn)?shù)的變化比較敏感。風(fēng)速在17-24m/s時(shí)，風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩隨體積分?jǐn)?shù)增加要比潔凈空氣時(shí)小，高風(fēng)速時(shí)風(fēng)力機(jī)進(jìn)入失速狀態(tài)，流動(dòng)是湍流運(yùn)動(dòng)，沙塵顆粒的存在加劇了流動(dòng)分離，使風(fēng)輪的出力減小。
　　某一恒定風(fēng)速時(shí)，隨沙塵體積分?jǐn)?shù)增加，風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩隨之增加。體積分?jǐn)?shù)在0-

3、4％之間時(shí)轉(zhuǎn)矩隨體積分?jǐn)?shù)增大較多，體積分?jǐn)?shù)在4％-9％之間時(shí)轉(zhuǎn)矩隨體積分?jǐn)?shù)增大幅度減小，但整體增大比較平穩(wěn)，均比潔凈空氣時(shí)的要大。體積分?jǐn)?shù)2％和4％時(shí)風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩值相差不是很明顯，但均大于潔凈空氣時(shí)風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩值。
　　2.不同顆粒直徑對風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩特性影響
　　當(dāng)沙塵體積分?jǐn)?shù)不變，變風(fēng)速工況下，風(fēng)速在3-17m/s時(shí)，風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩隨沙塵顆粒直徑的增加隨之增加，且比潔凈空氣時(shí)風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩要大。在此低風(fēng)速區(qū)間內(nèi)風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩隨沙塵顆粒直徑的增加并不敏感

4、;高風(fēng)速區(qū)域風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩隨顆粒直徑的增加而增大較多，說明該高風(fēng)速區(qū)域風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩隨顆粒直徑的增加很敏感。風(fēng)速在17-24m/s時(shí)風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩隨顆粒直徑的增加其值減小，且含沙塵空氣流動(dòng)下的風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩值均小于潔凈空氣時(shí)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)矩大小，即高風(fēng)速區(qū)域風(fēng)輪嚴(yán)重失速，沿翼型表面流動(dòng)紊亂。
　　在某一恒定風(fēng)速時(shí)，隨沙塵顆粒中值直徑增大，風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩隨之增加。沙塵顆粒直徑在0-0.05mm時(shí)轉(zhuǎn)矩隨顆粒直徑的增大隨之增加，沙塵顆粒直徑在0.05-0.2mm之間時(shí)轉(zhuǎn)矩