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《哈尔滨工业大学》 2011年
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垂直轴柱状叶片风力机的研究

孙瑛  
【摘要】:随着全球能源消耗的不断攀升,风力发电技术正在被大量的研发应用。在风力发电技术中,风力机的性能决定了风能被吸收和转换能力。而叶片作为风力机的关键零部件,其设计制造的好坏直接关系到风力机的效率和使用寿命。鉴于传统的风力机叶片制造成本过高,且与现代风力机对翼型性能上的要求并不完全匹配等问题,本文研究了一种新型叶片的垂直轴风力机,以解决社会发展对经济高效的新型风机的迫切需求。 本文将Magnus效应应用到了风机翼型的设计之中,提出了一种垂直轴柱状叶片风力机的设计思想,并建立了柱状叶片风力机的数学模型,分析了这种新型风力机的工作原理;同时,详细分析研究了柱状叶片的气动性能,通过对叶片所处压力场和速度场的分析以及在不同的周速比和雷诺数下叶片升阻力系数变化规律的研究,得出了叶片气动性能的影响因素,并得到了在不同工况下的最大升阻比;设计了叶片的气动性能实验,对仿真结果进行了部分验证;进行了柱状叶片风力机整机的气动性能仿真,初步计算结果表明,风力机的风能利用率得到了一定程度的提高。 本文突破了传统,将风力机的叶片翼型设计为圆柱形,此举不仅提高了叶片的气动性能,同时大大降低了风机的制造维护成本;在整机的设计中,令柱状叶片绕自身的安装位置做旋转运动,通过电机转换叶片的旋转方向,并在理论上计算了叶片切换旋转方向的位置,使风力机能够在升力的作用下持续高效的运转,由于柱状叶片产生了较大的升力和较高升阻比,从而得到了相对较大的驱动力矩,为整机的风能利用率的提高奠定了基础。 综上所述,论文提出了一种崭新的垂直轴柱状叶片风力机的设计理念,采用的柱状叶片不仅具有良好的气动性能,同时大大降低了风机的生产维护成本,简化了加工制造工艺,因此,本论文的研究具有重要的理论意义与工程实用价值。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TK83

【参考文献】
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