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《哈尔滨工业大学》 2012年
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基于数值模拟和风洞试验的垂直轴风力机性能研究

路宽  
【摘要】:近年来,人们大力发展可再生的绿色能源,以部分替代高污染的传统能源,利用清洁能源风能发电的风力发电机因此得到了快速的发展。垂直轴风力发电机由于结构简单、任意风向下都可以发电、启动力矩大、成本低,在小型风力发电领域获得了广泛的应用。但垂直轴风力机风能利用系数较低的,这个不足限制了它的发展。 为了提升阻力型垂直轴风力机的性能,本文对一种垂直轴风力机的性能进行了研究,并从改变导流板数目、增加风力机段数等方面改进了其性能。论文首先阐述了风力机的基本理论和相关概念,并对阻力型垂直轴风机的平均功率计算公式进行了推导,根据公式中影响风力机功率的参数,如风速、叶片迎风面积、叶片结构等,提出了改进风力机性能的措施。即在叶片迎风面积一定的情况下选择迎风阻力大、背风阻力小的叶片结构和增加外围装置等方面来提升风力机的性能。 对于所研究的风力机,本文应用数值模拟技术对风力机输出特性进行了研究,利用FLUENT软件绘制了风力机在不同风速下风轮在不同位置静止时的力矩曲线,研究了该风力机的启动性能。采用多重参考系法模拟风轮旋转,获得了在额定风速下风力机功率随旋转角速度的变化曲线,为风力机选择发电机、减速器等提供参考依据。不同结构参数的风力机性能不同,本文为了改进风力机性能,对于不同导流板数目、具有导风口风力机和两段式风力机进行数值模拟,在功率、风能利用系数、压力云图、速度云图和风力迹线图方面进行了综合分析和比较,获得了具有较好风力机性能的风力机结构。数值模拟应与实验相结合才能准确评价风力机的性能,最后本文还对不同结构的风力机进行了风洞试验,并获得了与数值模拟结果相一致的结果,做到了风洞试验和数值模拟结果相互补充相互验证,所获得的结果对于风力机结构的设计有重要指导作用。
【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】:2012
【分类号】:TM315

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