本文關鍵詞：Savonius風力機葉片主要參數(shù)優(yōu)化設計研究

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【摘要】：隨著社會的不斷進步,世界能源需求一直呈增長狀態(tài),但能源總量畢竟有限,長遠下去能源的存儲必然不能滿足能源的需求,可見能源危機是我們亟待解決的問題。鑒于我國當前的能源結構現(xiàn)狀,大力發(fā)展清潔能源勢在必行。水平軸風力機依靠較高的風能利用系數(shù),占據(jù)著風能發(fā)電的主要市場地位,但是在低風速下難以啟動、在高風速時葉片的抗壓能力不足成為制約水平軸風力機發(fā)展的因素。與之相對的垂直軸風力機,盡管風能利用系數(shù)不高但是風機具有結構穩(wěn)定、啟動性能好的優(yōu)點,受到人們的關注。文中對Savonius風力機葉片的主要參數(shù)對風力機氣動性能的影響開展了實驗及數(shù)值模擬計算研究,從而對Savonius風力機葉片參數(shù)優(yōu)化設計。首先基于內(nèi)蒙古工業(yè)大學B 1/K 2低速風洞的實驗條件,搭建葉片表面壓力風洞測試實驗平臺,利用多點同步測壓技術,對多組葉片的不同旋轉角度進行葉片表面壓力測試。所測葉片的特征參數(shù)除涉及原有的高徑比、重疊比等以外,又引入一種新的優(yōu)化參數(shù)彎度,該參數(shù)介于機翼理論的基礎下提出的,即將翼型中弧線至弦線的最大垂直距離與弦線長度的比值定義為彎度。依據(jù)測試結果得出重疊比、高徑比、彎度等對Savonius風力機的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)彎度為0.3、0.4、0.5的三種測試葉片中,彎度為0.3的葉片性能較好;高徑比為2、3、4的三種測試葉片形式中,高徑比為4的葉片性能較突出;重疊比0.2、0.3、0.4的三種測試葉片中,重疊比為0.2的葉片性能較優(yōu)。然后依據(jù)實驗的結論,引入數(shù)值模擬研究方法,對彎度參數(shù)的影響進行細化分析。通過運用計算流體動力學(CFD)的方法,對彎度為0.2 5、0.3、0.3 5、0.4、0.4 5、0.5的六種不同葉片的Savonius風力機進行了數(shù)值模擬研究。對數(shù)值模擬的扭矩結果進行分析,得出彎度對于風能利用系數(shù)的影響規(guī)律,將其擬合為一個多項式并取極值,發(fā)現(xiàn)在彎度為0.3 6 1 4時Savonius風力機具有最高的風能利用系數(shù)。結合數(shù)值模擬中葉片附近速度場和壓力場分布情況,對彎度的影響機理進行分析。分析得出減小彎度可以減少對氣流的阻礙作用,使得葉片的背風面流速增加進而降低了壓強,提高了葉片的最大力矩系數(shù),另外減小彎度可以使葉片的阻力系數(shù)增加,并且使得葉片的壓力中心位置向葉輪外側移動,達到了提高Savonius風力機性能的目的。文中采取實驗研究和數(shù)值模擬計算相結合的方法,揭示彎度、重疊比、高徑比對Savonius風力機的影響規(guī)律,確定了最佳的彎度參數(shù),為Savonius風力機的優(yōu)化設計提供了理論依據(jù)。
【關鍵詞】：垂直軸 Savonius風力機 彎度 數(shù)值模擬 實驗研究
【學位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 課題研究的背景和意義9
• 1.2 風力機的類型9-13
• 1.2.1 水平軸風力機9-10
• 1.2.2 垂直軸風力機10-13
• 1.3 垂直軸風力機的可行性分析13
• 1.4 國內(nèi)外對于Savonius風力機研究現(xiàn)狀13-15
• 1.4.1 國外Savonius風力機研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4.2 國內(nèi)Savonius風力機研究現(xiàn)狀14-15
• 1.5 課題研究的主要內(nèi)容15-17
• 第二章 垂直軸風力機氣動理論分析17-27
• 2.1 風力機氣動理論和基本概念17-22
• 2.1.1 升力和阻力17
• 2.1.2 風功率17-18
• 2.1.3 貝茨理論18-20
• 2.1.4 空氣動力學相關概念20-22
• 2.2 阻力型垂直軸風力機平均功率計算原理及性能提升方法22-27
• 2.2.1 阻力型垂直軸風力機平均功率計算22-23
• 2.2.2 阻力型風力機性能提升方法23-27
• 第三章 垂直軸風力機風洞試驗27-43
• 3.1 風洞試驗介紹27
• 3.2 實驗儀器及測試葉片27-34
• 3.2.1 電子壓力掃描閥27-30
• 3.2.2 熱線風速儀30
• 3.2.3 測試葉片30-34
• 3.3 試驗內(nèi)容34-35
• 3.4 實驗結果及其分析35-43
• 3.4.1 彎度對于Savonius風力機的性能影響35-39
• 3.4.2 重疊比對于Savonius風力機的性能影響39-40
• 3.4.3 高徑比對于Savonius風力機的性能影響40-43
• 第四章Savonius風力機的數(shù)值模擬研究43-59
• 4.1 計算流體力學CFD基礎43-44
• 4.1.1 CFD軟件概述43
• 4.1.2 CFD方法原理43-44
• 4.2 Savonius風力機數(shù)值模擬44-51
• 4.2.1 幾何模型44-49
• 4.2.2 計算調(diào)節(jié)設定49-51
• 4.3 Savonius風力機數(shù)值模擬的結果分析51-59
• 4.3.1 數(shù)值模擬的準確性驗證51-52
• 4.3.2 基于扭矩的對比分析52-54
• 4.3.3 基于流場的對比分析54-55
• 4.3.4 基于壓力場分布的對比分析55-59
• 結論59-61
• 參考文獻61-64
• 致謝64-65
• 在讀期間取得的科研成果65

【引證文獻】

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 于寧;狄洪發(fā);趙榮義;;熱線風速儀在動態(tài)熱舒適性研究中的應用及測量的影響因素[A];全國暖通空調(diào)制冷2008年學術年會論文集[C];2008年

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本文編號：723875