【摘要】：作為產(chǎn)業(yè)化程度最高的新能源之一的風(fēng)能,近年來受到人類越來越高的重視,其中人們最常利用風(fēng)能的手段是用風(fēng)機(jī)發(fā)電。而由于傳統(tǒng)的水平軸風(fēng)機(jī)(HAWT)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝困難和對風(fēng)質(zhì)量要求高等原因,在技術(shù)上取得大的突破已經(jīng)很困難,但是垂直軸風(fēng)機(jī)(VAWT)能克服以上困難,而且更能適應(yīng)惡劣的風(fēng)場環(huán)境。盡管垂直軸風(fēng)機(jī)在惡劣的天氣下有優(yōu)勢,但是由于其內(nèi)部流場比較復(fù)雜,近幾十年對其研究相對較晚而且少,所以對其空氣動(dòng)力學(xué)的研究仍有很多不足。由于垂直軸風(fēng)機(jī)風(fēng)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(zhuǎn)子垂直軸風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì),能夠有效提高垂直軸風(fēng)機(jī)的風(fēng)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(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)性能。本方法所有的計(jì)算域均采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的劃分方法,運(yùn)用STAR-CCM+商業(yè)軟件的求解器求解風(fēng)機(jī)流場,并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,驗(yàn)證了本方法的可行性。對單轉(zhuǎn)子垂直軸風(fēng)機(jī)的運(yùn)行過程采用變參數(shù)的方法研究其氣動(dòng)性能和流場變化,得到風(fēng)速、安裝角和葉片數(shù)對單轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)的影響規(guī)律,為改善垂直軸風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能提供參考�？紤]到垂直軸風(fēng)機(jī)風(fēng)能利用率低的問題,論文采用雙轉(zhuǎn)子垂直軸風(fēng)機(jī)的新型設(shè)計(jì)理念來提高風(fēng)機(jī)的風(fēng)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(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能的影響機(jī)理,得到風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子之間的間距、安裝角和葉片數(shù)等參數(shù)對風(fēng)機(jī)風(fēng)能利用率的影響規(guī)律。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):雙轉(zhuǎn)子垂直軸風(fēng)機(jī)的間隙比越小,單機(jī)的風(fēng)能利用率比單轉(zhuǎn)子垂直軸風(fēng)機(jī)增加越多,在本文計(jì)算的最小間隙比情況下,風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用率提高了13.4%,而兩個(gè)風(fēng)機(jī)的相位差和不同的風(fēng)向?qū)﹄p轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能影響不大;雙轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)的最佳安裝角與單轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)接近,隨著安裝角的增加,最佳風(fēng)能利用率先增加后減小;葉片弦長和葉片數(shù)即風(fēng)輪的實(shí)度對風(fēng)機(jī)性能也有影響,隨著實(shí)度增加,雙轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)的最佳尖速比減小;各個(gè)葉片數(shù)下雙轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用率均比單轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)大,葉片數(shù)越多,風(fēng)機(jī)對間距的敏感性越強(qiáng),即在減小間隙比時(shí)較多葉片數(shù)的雙轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)的單機(jī)風(fēng)能利用率增加更明顯。以上雙轉(zhuǎn)子垂直軸風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)規(guī)律可以為垂直軸風(fēng)機(jī)的外形優(yōu)化提供參考思路。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM315

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本文編號：2591727