Darrieus垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片螺旋變異優(yōu)化研究.pdf

1、近些年來，日益嚴(yán)重的能源危機(jī)促使了新能源的快速發(fā)展，風(fēng)能是一種清潔的可再生能源，其無污染、分布范圍廣、儲存量豐富等優(yōu)點(diǎn)使其日益得到關(guān)注，風(fēng)力發(fā)電已成為快速發(fā)展的朝陽行業(yè)。Darrieus垂直軸風(fēng)力機(jī)憑借其良好的空氣動(dòng)力學(xué)性能，以及啟動(dòng)風(fēng)速低、噪聲低、不受風(fēng)向限制、無需偏航裝置、安裝和維護(hù)容易、維修費(fèi)用低等諸多優(yōu)點(diǎn)在中小型風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域逐漸得到廣泛的應(yīng)用和普及。但其也有一些不足之處，針對Darrieus直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)葉片

2、動(dòng)轉(zhuǎn)矩周期波動(dòng)性大，動(dòng)轉(zhuǎn)矩曲線震蕩劇烈，造成對風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)主軸強(qiáng)烈沖擊，風(fēng)力機(jī)功率輸出不穩(wěn)定等問題，本文對傳統(tǒng)的Darrieus風(fēng)力機(jī)直葉片進(jìn)行變異優(yōu)化設(shè)計(jì)，論文研究的主要內(nèi)容如下:
　　首先，為了改善風(fēng)力機(jī)葉片的動(dòng)轉(zhuǎn)矩輸出性能，本文提出對Darrieus垂直軸風(fēng)力機(jī)傳統(tǒng)直葉片進(jìn)行螺旋扭曲變異設(shè)計(jì)，添加新的葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)螺旋扭曲角，并結(jié)合風(fēng)輪實(shí)度、葉尖速比等結(jié)構(gòu)參數(shù)完成初始參數(shù)的設(shè)定，利用Matlab矩陣運(yùn)算功能并結(jié)合Solidwork

3、s曲線特征建模特點(diǎn)完成對風(fēng)力機(jī)變異葉片的參數(shù)化三維模型建立。
　　其次，探尋風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪系統(tǒng)的數(shù)值模擬方法，在ANSYS Workbench中構(gòu)建數(shù)值模擬仿真體系，在ICEM CFD中實(shí)現(xiàn)對風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪模型和風(fēng)場模型的網(wǎng)格劃分，利用FLUENT對變異Darrieus風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪葉片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真計(jì)算，并在CFD-Post中完成對計(jì)算結(jié)果的后處理，提取后文分析所需的數(shù)據(jù)及流場細(xì)節(jié)特征。
　　再次，安排單因素試驗(yàn)研究螺旋扭

4、曲角對葉片動(dòng)轉(zhuǎn)矩輸出性能的影響，綜合評價(jià)風(fēng)力機(jī)葉片輸出的動(dòng)轉(zhuǎn)矩曲線變化、動(dòng)轉(zhuǎn)矩周期標(biāo)準(zhǔn)差以及平均動(dòng)轉(zhuǎn)矩等指標(biāo)，分析和對比不同螺旋扭曲角下葉片的動(dòng)轉(zhuǎn)矩輸出性能，驗(yàn)證了螺旋扭曲策略的合理性，并確定一個(gè)合理的螺旋扭曲角分布范圍。
　　然后，利用多因素正交試驗(yàn)法對風(fēng)輪葉片不同結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行合理的試驗(yàn)安排，通過綜合分析和對比葉片螺旋扭曲角、風(fēng)輪實(shí)度、葉尖速比等結(jié)構(gòu)參數(shù)對葉片動(dòng)轉(zhuǎn)矩系數(shù)變化、動(dòng)轉(zhuǎn)矩系數(shù)周期標(biāo)準(zhǔn)差、平均動(dòng)轉(zhuǎn)矩系數(shù)和功率系數(shù)的影響程

5、度和影響規(guī)律，最終確定風(fēng)力機(jī)葉片各結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化分布區(qū)間;結(jié)合葉片附近的流場特征情況，探討各結(jié)構(gòu)參數(shù)對于動(dòng)轉(zhuǎn)矩輸出性能的影響原因。
　　最后，研究Darrieus風(fēng)力機(jī)變異風(fēng)輪的振動(dòng)特性，對變異風(fēng)輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，得到變異葉片與風(fēng)輪其他構(gòu)件耦合后的固有頻率及相應(yīng)振型變化規(guī)律;研究不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行下風(fēng)輪的固有頻率變化規(guī)律，求解出臨界轉(zhuǎn)速點(diǎn)，給系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的控制提供依據(jù)，計(jì)算結(jié)果表明變異風(fēng)輪的額定工作轉(zhuǎn)速在臨界轉(zhuǎn)速12％的范圍之外，不易發(fā)生