風沙環(huán)境下水平軸風力機的氣動特性研究.pdf

1、風能作為可再生能源，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組為主，其中風輪是將風能轉(zhuǎn)換為機械能的重要部件。針對風沙環(huán)境下運行的風力機，本文利用數(shù)值模擬風洞的方法，研究了不同沙塵體積分數(shù)和沙塵顆粒直徑對風輪變風速和恒定風速下轉(zhuǎn)矩特性的影響及風沙流動規(guī)律。
　　1.不同沙塵體積分數(shù)對風輪轉(zhuǎn)矩特性影響
　　當顆粒直徑不變，變風速工況下，風速在3-17m/s時，風輪轉(zhuǎn)矩隨沙塵體積分數(shù)的增加隨之增加，且比潔凈空氣時風輪

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

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

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