大功率直葉片垂直軸風(fēng)力機氣動特性及風(fēng)輪構(gòu)型研究.pdf

1、垂直軸風(fēng)力機是風(fēng)力機市場的一種重要機型，然而，由于其發(fā)展較晚，長期研究投入不足，因而目前技術(shù)仍不完善，其應(yīng)用主要集中在中小機型上。研究表明，垂直軸風(fēng)力機的風(fēng)能利用率與水平軸風(fēng)力機基本相同，并且具有無需偏航裝置，葉片造型簡單，疲勞載荷小等諸多優(yōu)點，因而適宜向大功率機型發(fā)展。盡管國內(nèi)外對大功率垂直軸風(fēng)力機進行了許多有益的探索與試驗，但兆瓦級直葉片垂直軸風(fēng)力機仍處于起步階段，其理論尚需進一步完善。據(jù)此，本文在建立數(shù)學(xué)模型與改進數(shù)值計算方法的基

2、礎(chǔ)上，對風(fēng)力機關(guān)鍵部件風(fēng)輪進行氣動分析和結(jié)構(gòu)分析，從而為兆瓦級大功率直葉片垂直軸風(fēng)力機設(shè)計提供指導(dǎo)。
　　基于曲線翼垂直軸風(fēng)力機的雙致動盤多流管理論，本文推導(dǎo)了適用于直葉片垂直軸風(fēng)力機的理論模型，利用該模型，通過擬合高雷諾數(shù)下葉片翼型升阻系數(shù)離散點，進而求解功率系數(shù)的辦法，分析了尖速比、轉(zhuǎn)子半徑、實度等對大功率風(fēng)力機氣動規(guī)律的影響；由于大功率風(fēng)力機在實際運轉(zhuǎn)中會遇到風(fēng)切變，因此，本文進一步改進理論模型，分析了風(fēng)切變對風(fēng)力機功率輸出

3、的影響。
　　針對理論模型無法深入分析風(fēng)輪實度以及葉片各安裝參數(shù)的不足，本文進而采用二維CFD方法對風(fēng)力機進行分析。分析之前，針對CFD方法計算耗時大的特點，本文首先研究了CFD方法的精度與效率平衡問題，重點分析了湍流模型、網(wǎng)格數(shù)目以及時間步長對計算結(jié)果的影響，提出了改進計算效率的網(wǎng)格劃分方法和時間步長設(shè)置方法；針對文獻中實驗樣機，分別采用理論模型與CFD方法計算功率系數(shù)，并與實驗數(shù)據(jù)對比，分析了兩種方法的可行性以及應(yīng)用限制條件。

4、
　　大功率風(fēng)力機應(yīng)選用低實度風(fēng)輪。本文應(yīng)用CFD仿真方法，從功率系數(shù)、力矩系數(shù)、渦量等多個方面分析了低實度風(fēng)輪在實度保持不變情況下的氣動特性，重點研究了不同葉片數(shù)目和弦長的配比對風(fēng)輪氣動輸出、啟動力矩以及最大橫向力的影響，其研究表明風(fēng)輪可以在不增加實度的情況下減小力矩波動，從而有效減少風(fēng)輪自重；分析了葉片翼型、安裝角對風(fēng)輪氣動特性的影響情況，并依據(jù)分析結(jié)果選定了風(fēng)輪的各參數(shù)。
　　針對風(fēng)力機主軸在疲勞載荷下壽命低的問題，為