【摘要】：隨著人類社會環(huán)境問題和能源問題的日益嚴(yán)峻,風(fēng)能等可再生能源開始被人類大規(guī)模開發(fā)。風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能最主要的一種利用形式,風(fēng)力發(fā)電機按主軸與地面的相對位置分為水平軸風(fēng)力發(fā)電機和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機兩類。目前水平軸風(fēng)力機研究應(yīng)用最為廣泛,其理論已經(jīng)比較成熟。近幾十年來,垂直軸風(fēng)力機的研究和應(yīng)用開始受到世人的關(guān)注,但風(fēng)能利用率低的缺點始終制約著它的發(fā)展。本文就是以升力型垂直軸風(fēng)力機為研究對象,以提高其風(fēng)能利用率為目的而進行研究。 為提高升力型垂直軸風(fēng)力機的風(fēng)能利用率,本文將變槳距技術(shù)應(yīng)用于升力型垂直軸風(fēng)力機中,對風(fēng)力機不同方位角下的槳距角進行優(yōu)化選擇,得到變槳距角曲線,通過改變槳距角的大小,使葉片在不同的位置獲得合適的攻角,進而獲得較大的轉(zhuǎn)動力矩,從而改善其氣動性能,達到提高垂直軸風(fēng)力機的風(fēng)能利用系數(shù)的目的。 論文首先介紹了風(fēng)力機設(shè)計的基本理論,然后詳細分析了垂直軸風(fēng)力機變槳距原理;接著利用計算流體力學(xué)軟件Fluent,對垂直軸風(fēng)力機葉片進行了氣動性能仿真,分析了攻角對風(fēng)力機葉片氣動性能的影響規(guī)律;對不同槳距角下的定槳距垂直軸風(fēng)力機進行了氣動性能仿真,得到了定槳距垂直軸風(fēng)力機單葉片扭矩曲線和風(fēng)能利用率—葉尖速比曲線(Cpλ曲線);通過分析垂直軸風(fēng)力機單葉片扭矩的變化規(guī)律,確定了槳距角的優(yōu)化選擇原則,得到了不同葉尖速比下的變槳距角曲線。最后利用Fluent對變槳距垂直軸風(fēng)力機進行氣動性能仿真,得到其最大風(fēng)能利用率為0.495,與定槳距垂直軸風(fēng)力機相比提升率達32.4%。 為了與仿真結(jié)果進行對比驗證,論文設(shè)計、研制了垂直軸風(fēng)力機實驗樣機,同時進行了葉片氣動性能實驗,得到的實驗結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文中在水平軸螺旋槳式風(fēng)力機上，所以達里厄風(fēng)力機的出現(xiàn)并未引起風(fēng)能界很大的重視。緊接著，，第二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)使全世界風(fēng)能技術(shù)的發(fā)展都處于停滯。戰(zhàn)后至 20 世紀(jì) 60 年代，廉價石油的大量使用又使包括風(fēng)能在內(nèi)的所有可再生能源都沒有受到重視。

a) Mag-Wind 公司的風(fēng)力機 b) Clean field Energy 公司的風(fēng)力機圖 1-2 兩種投入市場的垂直軸風(fēng)力機自 2000 年以來，垂直軸風(fēng)力機迎來了第三次發(fā)展高峰，特別是直線翼達里厄垂直軸風(fēng)力機的研究和應(yīng)用受到了北美、歐洲和日本等國家和地區(qū)的關(guān)注，同時許多形狀各異的商用中小型垂直軸風(fēng)力機被成功投入市場。比如，美國的 Mag-Wind 公司和加拿大的 Clean field Energy 公司推出了可安裝于屋頂?shù)拇怪陛S風(fēng)力系統(tǒng)（圖 1-2）；法國的 Gual industrie 公司、芬蘭的 Windside 公司和意大利的 Ropatec AG 等公司推出了改良后的阻力型垂直軸風(fēng)力機，尤其是芬蘭 Windside 公司的 WS 系列風(fēng)力機可以在極端惡劣的氣候環(huán)境中工作。在日本，東海大學(xué)的暍和市教授從 1976 年就開始從事直線翼垂直軸風(fēng)力機的研究，開發(fā)了 TWT 系列風(fēng)力機葉片專用翼型（圖 1-3），在日本各地安裝了多臺樣機進行現(xiàn)場實驗，并且在日本大力推廣這種風(fēng)力機[6-15]。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TK83

【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張立勛;張松;焦啟飛;郭健;;Darrieus風(fēng)力機的動態(tài)氣動性能實驗方法[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年05期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 孫瑛;垂直軸柱狀葉片風(fēng)力機的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

2 劉小紅;變槳距垂直軸風(fēng)力機氣動性能分析[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

3 鄭旭陽;垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的建模與變槳距研究[D];太原科技大學(xué);2013年

4 陳先進;擺線推進器結(jié)構(gòu)及性能優(yōu)化研究[D];浙江大學(xué);2013年

本文編號：2648852