發(fā)布時間：2020-05-26 00:31

【摘要】：近年來,風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者的關(guān)注,同時,我國風力發(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。由于垂直軸風力機無需偏航裝置、系統(tǒng)安裝維修方便、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠、制造成本相對較低等優(yōu)點,從而在中小功率發(fā)電場合擁有更加廣闊的應用前景。對于垂直軸風力機而言,如何能夠在低風速下啟動、提高風能利用率、保障結(jié)構(gòu)運行時的強度和剛度,以及減少對環(huán)境等因素的影響都是科研人員所關(guān)心的問題。本文的主要研究內(nèi)容是以螺旋型垂直軸風力機為研究對象,分析其動態(tài)性能及流場特性,并對螺旋型垂直軸風力機結(jié)構(gòu)特性進行靜力學和動力學數(shù)值模擬,為垂直軸風力機的設(shè)計與研發(fā)提供理論依據(jù)。本文首先系統(tǒng)地研究了國內(nèi)外垂直軸風力機的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,明確了本文的研究重點在于提高螺旋型垂直軸風力機的氣動性能;基于計算流體力學等理論,通過數(shù)值模擬的方法,對比分析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;然后對垂直軸風力機進行二維數(shù)值模擬,分析不同葉片數(shù)目、不同弦長以及不同尖速比對風能利用率的影響;由于二維數(shù)值模擬沒有考慮到三維效應和高徑比的影響,所以在二維數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,進一步開展了三維螺旋型垂直軸風力機的氣動性能研究;為了深入了解螺旋型垂直軸風力機的結(jié)構(gòu)性能,根據(jù)螺旋型垂直軸風力機氣動性能的分析結(jié)果,對螺旋型垂直軸風力機進行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計,并運用midas NFX軟件對螺旋型垂直軸風力機的結(jié)構(gòu)模型進行靜力分析、模態(tài)分析和疲勞分析,為垂直軸風力機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供理論指導與建議。
【圖文】：

當今世界風力發(fā)電機組的總裝機容量大約已經(jīng)超過 74000MW，，計到 2030 年風力發(fā)電機提供的電力占全球總電能的大約 29%左右[6]。在過去十年中，風力發(fā)電機組主流機型的容量已經(jīng)從千瓦級的水平逐步上升到兆瓦級且世界風電市場中的主流機型已經(jīng)逐漸被兆瓦級機組所取代。在未來的發(fā)展中風力發(fā)電技術(shù)憑借其可再生、無污染等特點所帶來的環(huán)境效益和經(jīng)濟效率，必作為重要的產(chǎn)業(yè)能源。有國家能源專家預測：“21 世紀將成為風力發(fā)電的世紀即風力發(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，風力發(fā)電機組主要有風力機和發(fā)電機兩大部分所成，其中風力機主要是將風能轉(zhuǎn)換為機械能，而發(fā)電機是將機械能轉(zhuǎn)換為電能裝置。按照風力機的裝機容量、葉尖速比、用途、葉片個數(shù)以及風輪與塔架的裝位置等關(guān)系可將風力機分成不同的種類，按風力機的主軸與風向位置的不同可將風力機分為水平軸風力機(Horizontal Axis Wind Turbine 簡稱為 HAWT)和直軸風力機(VerticalAxis Wind Turbine 簡稱為 VAWT)[7]，其中水平軸風力機為輪轉(zhuǎn)軸與風向平行，而垂直軸風力機為風輪轉(zhuǎn)軸與風向垂直，分別如圖 1-1 和1-2 所示。在人們對風力機研究認識的過程中，早期由于人們對水平軸風力機

其中水平軸風力機為風輪轉(zhuǎn)軸與風向平行，而垂直軸風力機為風輪轉(zhuǎn)軸與風向垂直，分別如圖 1-1 和圖1-2 所示。在人們對風力機研究認識的過程中，早期由于人們對水平軸風力機的圖 1-1 水平軸風力機 圖 1-2 垂直軸風力機研究遠遠超過垂直軸風力機，使得垂直軸風力機不僅僅在設(shè)計以及制造加工方面落后于水平軸風力機，且實際的風能利用率也低于水平軸風力機。但是由于近幾年來垂直軸風力機表現(xiàn)出較大的優(yōu)勢，又燃起了人們對它研究的廣泛興趣，并且
【學位授予單位】：南通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK83

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9 朱

本文編號：2680984