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风光塔式发电装置及方法的研究

白文娟  
【摘要】:在能源短缺、大气污染,水环境恶化与矿物质能源枯竭的今天,利用可再生清洁能源转化为电能,日益被世界各国所重视和开发。因此,风能开发有着巨大的经济、社会、环境价值和发展前景。所谓可再生能源是指风能、太阳能、生物质能、潮汐能和地热能等清洁能源转化为电能,而风力发电正是利用自然界气候变化引起大气环境过程中产生的风能造福人类。 本文概述了风光发电的背景及意义,简要说明了该技术在国内外的发展状况及趋势,指出了风光发电技术的瓶颈所在,具体阐述了本课题的研究内容和所要实现的目标。针对目前风光利用和风机叶片的薄弱环节,提出了一种有效捕捉风能和利用微型风机叶片的风光塔式发电装置。根据该创新装置的简易图和多类型流道的对比,设计出单层八个空气流道的实验模型,运用计算流体力学软件FLUENT对其进行数值优化模拟分析;其次,采用对比法确定叶轮叶片的形状,用数值计算法设计其尺寸,用FLUENT软件对其进行优化模拟分析,运用模拟得出的数值进行计算,得出风能的有效利用率。最后依据设计的模型尺寸进行加工制造,搭建实验平台。 在本文中,该装置利用风光进行发电,根据发电原理,为增大风道出口速度,风道内采用吸热材料;根据空气流道设计的进出口以及其他相关尺寸,运用三维软件UG进行建模,ICEM CFD软件进行网格划分,FLUENT软件进行数值模拟分析,运用得出的数值进行叶片相关参数计算。进行实验时,首先组装模型,选择适宜的实验环境;之后运用制造出的实验模型测定相关参数,计算得出叶轮叶片的离心力、风压力、气动力矩等。但经实验,结果表明:实验值与模拟值有很大差距,原因在于:叶轮叶片、转轴、发电机以及软件模拟的理想化等。 通过对风光塔式发电装置的研究,充分发挥了大型CFD软件数值模拟的优点,可以根据数据进行多次模拟计算,节省实验过程中的人力和物力;此外,虽未达到理想结果,但不容否定的是:该风光发电装置大大减小了占地面积,降低了研究成本,增强了我国小型风光发电装置的开发能力,为以后风光塔式发电装置的进一步研究提供依据。


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