【摘要】：作為產業(yè)化程度最高的新能源之一的風能,近年來受到人類越來越高的重視,其中人們最常利用風能的手段是用風機發(fā)電。而由于傳統(tǒng)的水平軸風機(HAWT)結構復雜、安裝困難和對風質量要求高等原因,在技術上取得大的突破已經很困難,但是垂直軸風機(VAWT)能克服以上困難,而且更能適應惡劣的風場環(huán)境。盡管垂直軸風機在惡劣的天氣下有優(yōu)勢,但是由于其內部流場比較復雜,近幾十年對其研究相對較晚而且少,所以對其空氣動力學的研究仍有很多不足。由于垂直軸風機風能利用率較低的問題一直未能很好解決,本課題提出了雙轉子垂直軸風機的設計,能夠有效提高垂直軸風機的風能利用率。論文采用了三維CFD數(shù)值模擬方法求解H型垂直軸風機的空氣動力學性能。本方法所有的計算域均采用結構網格的劃分方法,運用STAR-CCM+商業(yè)軟件的求解器求解風機流場,并與實驗數(shù)據(jù)進行對比,驗證了本方法的可行性。對單轉子垂直軸風機的運行過程采用變參數(shù)的方法研究其氣動性能和流場變化,得到風速、安裝角和葉片數(shù)對單轉子風機的影響規(guī)律,為改善垂直軸風機氣動性能提供參考�？紤]到垂直軸風機風能利用率低的問題,論文采用雙轉子垂直軸風機的新型設計理念來提高風機的風能利用率,并采用了CFD數(shù)值模擬方法研究了不同參數(shù)對雙轉子風機氣動性能的影響機理,得到風機轉子之間的間距、安裝角和葉片數(shù)等參數(shù)對風機風能利用率的影響規(guī)律。研究結果發(fā)現(xiàn):雙轉子垂直軸風機的間隙比越小,單機的風能利用率比單轉子垂直軸風機增加越多,在本文計算的最小間隙比情況下,風機的風能利用率提高了13.4%,而兩個風機的相位差和不同的風向對雙轉子風機的氣動性能影響不大;雙轉子風機的最佳安裝角與單轉子風機接近,隨著安裝角的增加,最佳風能利用率先增加后減小;葉片弦長和葉片數(shù)即風輪的實度對風機性能也有影響,隨著實度增加,雙轉子風機的最佳尖速比減小;各個葉片數(shù)下雙轉子風機的風能利用率均比單轉子風機大,葉片數(shù)越多,風機對間距的敏感性越強,即在減小間隙比時較多葉片數(shù)的雙轉子風機的單機風能利用率增加更明顯。以上雙轉子垂直軸風機的氣動規(guī)律可以為垂直軸風機的外形優(yōu)化提供參考思路。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM315

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