【摘要】：近年來,風(fēng)能作為一種高效清潔的可再生能源,受到越來越多專家和學(xué)者的關(guān)注,同時(shí),我國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也成為最具有大規(guī)模發(fā)展前景的發(fā)電方式之一。由于垂直軸風(fēng)力機(jī)無需偏航裝置、系統(tǒng)安裝維修方便、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠、制造成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn),從而在中小功率發(fā)電場(chǎng)合擁有更加廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)于垂直軸風(fēng)力機(jī)而言,如何能夠在低風(fēng)速下啟動(dòng)、提高風(fēng)能利用率、保障結(jié)構(gòu)運(yùn)行時(shí)的強(qiáng)度和剛度,以及減少對(duì)環(huán)境等因素的影響都是科研人員所關(guān)心的問題。本文的主要研究?jī)?nèi)容是以螺旋型垂直軸風(fēng)力機(jī)為研究對(duì)象,分析其動(dòng)態(tài)性能及流場(chǎng)特性,并對(duì)螺旋型垂直軸風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬,為垂直軸風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)與研發(fā)提供理論依據(jù)。本文首先系統(tǒng)地研究了國(guó)內(nèi)外垂直軸風(fēng)力機(jī)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì),明確了本文的研究重點(diǎn)在于提高螺旋型垂直軸風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)性能;基于計(jì)算流體力學(xué)等理論,通過數(shù)值模擬的方法,對(duì)比分析NACA0012、NACA0015、NACA0018三種翼型的升阻力系數(shù),找出具有較高升阻比的翼型作為仿真翼型;然后對(duì)垂直軸風(fēng)力機(jī)進(jìn)行二維數(shù)值模擬,分析不同葉片數(shù)目、不同弦長(zhǎng)以及不同尖速比對(duì)風(fēng)能利用率的影響;由于二維數(shù)值模擬沒有考慮到三維效應(yīng)和高徑比的影響,所以在二維數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步開展了三維螺旋型垂直軸風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)性能研究;為了深入了解螺旋型垂直軸風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)性能,根據(jù)螺旋型垂直軸風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能的分析結(jié)果,對(duì)螺旋型垂直軸風(fēng)力機(jī)進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并運(yùn)用midas NFX軟件對(duì)螺旋型垂直軸風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行靜力分析、模態(tài)分析和疲勞分析,為垂直軸風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)與建議。
【圖文】：

當(dāng)今世界風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的總裝機(jī)容量大約已經(jīng)超過 74000MW，，計(jì)到 2030 年風(fēng)力發(fā)電機(jī)提供的電力占全球總電能的大約 29%左右[6]。在過去十年中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主流機(jī)型的容量已經(jīng)從千瓦級(jí)的水平逐步上升到兆瓦級(jí)且世界風(fēng)電市場(chǎng)中的主流機(jī)型已經(jīng)逐漸被兆瓦級(jí)機(jī)組所取代。在未來的發(fā)展中風(fēng)力發(fā)電技術(shù)憑借其可再生、無污染等特點(diǎn)所帶來的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效率，必作為重要的產(chǎn)業(yè)能源。有國(guó)家能源專家預(yù)測(cè)：“21 世紀(jì)將成為風(fēng)力發(fā)電的世紀(jì)即風(fēng)力發(fā)電技術(shù)將成為未來解決能源短缺等問題的希望所在。從能量轉(zhuǎn)換的角度來看，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要有風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)兩大部分所成，其中風(fēng)力機(jī)主要是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，而發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能裝置。按照風(fēng)力機(jī)的裝機(jī)容量、葉尖速比、用途、葉片個(gè)數(shù)以及風(fēng)輪與塔架的裝位置等關(guān)系可將風(fēng)力機(jī)分成不同的種類，按風(fēng)力機(jī)的主軸與風(fēng)向位置的不同可將風(fēng)力機(jī)分為水平軸風(fēng)力機(jī)(Horizontal Axis Wind Turbine 簡(jiǎn)稱為 HAWT)和直軸風(fēng)力機(jī)(VerticalAxis Wind Turbine 簡(jiǎn)稱為 VAWT)[7]，其中水平軸風(fēng)力機(jī)為輪轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行，而垂直軸風(fēng)力機(jī)為風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向垂直，分別如圖 1-1 和1-2 所示。在人們對(duì)風(fēng)力機(jī)研究認(rèn)識(shí)的過程中，早期由于人們對(duì)水平軸風(fēng)力機(jī)

其中水平軸風(fēng)力機(jī)為風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行，而垂直軸風(fēng)力機(jī)為風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向垂直，分別如圖 1-1 和圖1-2 所示。在人們對(duì)風(fēng)力機(jī)研究認(rèn)識(shí)的過程中，早期由于人們對(duì)水平軸風(fēng)力機(jī)的圖 1-1 水平軸風(fēng)力機(jī) 圖 1-2 垂直軸風(fēng)力機(jī)研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過垂直軸風(fēng)力機(jī)，使得垂直軸風(fēng)力機(jī)不僅僅在設(shè)計(jì)以及制造加工方面落后于水平軸風(fēng)力機(jī)，且實(shí)際的風(fēng)能利用率也低于水平軸風(fēng)力機(jī)。但是由于近幾年來垂直軸風(fēng)力機(jī)表現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)，又燃起了人們對(duì)它研究的廣泛興趣，并且
【學(xué)位授予單位】：南通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK83

【相似文獻(xiàn)】

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9 朱

本文編號(hào)：2680984