社會的發(fā)展伴隨著大量能源的消耗,現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)越來越無法滿足人們對于能源日益增長的需要。能源問題已逐漸成為制約著社會發(fā)展的重要因素。風(fēng)能利用是新能源開發(fā)利用的主要選項(xiàng)之一,風(fēng)力機(jī)的開發(fā)和研究已受到十分廣泛的關(guān)注。本文利用CFD,利用計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT,計(jì)算模擬了垂直軸阻力型風(fēng)力機(jī)的動力特性。在整個模擬計(jì)算中,使用到了滑動網(wǎng)格技術(shù)和PISO算法等。本文的主要研究內(nèi)容如下:1)根據(jù)垂直軸五葉片阻力型風(fēng)力機(jī)的工作方式及其與流體相互作用的特點(diǎn),選取了合適的計(jì)算模擬數(shù)值方法。通過分析計(jì)算模擬結(jié)果,研究了風(fēng)速和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對計(jì)算區(qū)域尺寸的要求;2)通過模擬計(jì)算獲得不同風(fēng)速下阻力型垂直軸五葉片風(fēng)力機(jī)的力矩、風(fēng)力機(jī)功率、能量利用率與計(jì)算區(qū)域之間的依賴關(guān)系;并研究風(fēng)速、轉(zhuǎn)速對風(fēng)力機(jī)功率、能量利用率的影響;3)對比分析了采用全面計(jì)算、正交試驗(yàn)法、均勻法,對四葉片、五葉片及六葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)進(jìn)行優(yōu)化所得參數(shù)和風(fēng)輪性能之間的相互關(guān)系。
【學(xué)位單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TK83
【部分圖文】：

機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化；針對前期全面計(jì)算中計(jì)算量大、計(jì)算結(jié)果精確度不高的缺點(diǎn)，逡逑引入均勻試驗(yàn)法和正交試驗(yàn)法，通過對模擬值求回歸方程，并獲得精確度相對而言更逡逑高的解析解，與此同時，引入均勻試驗(yàn)法和正交試驗(yàn)法也簡化了計(jì)算過程。逡逑１．２我國風(fēng)能利用現(xiàn)狀逡逑２００５年起，我國的風(fēng)電總累計(jì)裝機(jī)量實(shí)現(xiàn)了連續(xù)五年翻番的歷史壯舉。逡逑２00９年，我國以２．５８ｘｌ0８Ｗ的總累計(jì)裝機(jī)容量超越德國，排名升至全球第二，逡逑與排名第一的美國仍有近ｌｘｌ0８Ｗ的差距。逡逑２０１０年，我國風(fēng)電行業(yè)保持了其一直以來的迅速發(fā)展態(tài)勢，總累計(jì)裝機(jī)容量比逡逑０９年增加約６２邋％。逡逑到２０１１年初為止，我國全年風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)高達(dá)１．６ｘｌ0８Ｗ，累計(jì)裝機(jī)容量高逡逑達(dá)４．邋１８２７ｘｌ0８Ｗ，第一次超越美國，全球排名升至第一位，至此我國成為世界風(fēng)電逡逑裝機(jī)容量最多的國家以及風(fēng)電設(shè)備制造的大國。逡逑Ｔｏｔａｌ邋ｉｎｓｔａｌｌｅｄ邋Ｃａａｃｉｔ２０１３ＭＷ

￣２０１３年，國家能源局采取了諸多措施以推動中國風(fēng)能產(chǎn)業(yè)健康、持續(xù)的發(fā)展。逡逑如圖１．１所示，０３年一年，中國的風(fēng)電新增并網(wǎng)容量以及累計(jì)并網(wǎng)容量分別為逡逑１．４４９ｘｌ0８Ｗ和７．７１６ｘｌ0８Ｗ，與往年同比增長了約２３％，年發(fā)電量達(dá)到１．３４９ｘｌ0１５Ｗ，逡逑與往年同比增長了約３４邋％。逡逑中國在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備業(yè)設(shè)計(jì)制造等領(lǐng)域也取得了突出的進(jìn)展。目前，中國已有在逡逑全國二十余個省、自治區(qū)、直轄市內(nèi)的設(shè)置了電力公司的相關(guān)機(jī)構(gòu)。全國范圍內(nèi)共組逡逑建九十一處風(fēng)力發(fā)電場，其中建設(shè)規(guī)模在一萬千瓦以上的風(fēng)電場約有十八處［８］。逡逑１．３風(fēng)力機(jī)的類型逡逑風(fēng)力發(fā)電機(jī)又稱風(fēng)車，是將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能、熱能以及電能的一種用于能量轉(zhuǎn)逡逑換的設(shè)備。將風(fēng)力發(fā)電機(jī)據(jù)風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向的位置關(guān)系分為垂直軸、水平軸風(fēng)力逡逑機(jī)兩類ｍｉ。逡逑１．３．１水平軸風(fēng)力機(jī)逡逑風(fēng)力機(jī)的葉輪旋轉(zhuǎn)軸與地表面相互平行，那么稱該形式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)為水平軸風(fēng)逡逑力機(jī)（ＨＡＷＴ）。多種樣式的水平軸風(fēng)力機(jī)如下圖１．２所示ｔ１２Ｉ邋：逡逑１邋１人栜馨邋＾逡逑ａ）單葉邋ｂ）雙葉式ｃ）三葉式邋ｄ）多葉式邋ｅ）邋＆行車車輪式邐ｆ）風(fēng)帆式逡逑＜＝＞逡逑」？」＜！■式邐ｈ＞下風(fēng)式邐ｉ＞邋篳擴(kuò)eW邐分集風(fēng)式逡逑圖１．２水平軸風(fēng)力機(jī)逡逑葉片數(shù)為１２－２４片的風(fēng)力機(jī)稱為低速風(fēng)力機(jī)，由于其具有啟動力矩大，啟動風(fēng)速逡逑較低的特征而適用于提水灌溉，它在風(fēng)速低時能獲得較大的轉(zhuǎn)矩以及較高的風(fēng)能利用逡逑率；葉片數(shù)為２－５片的風(fēng)力機(jī)為高速風(fēng)力機(jī)

邐升力型與Ｓ型臺并型邐捷其智邐三角升力型逡逑圖１．３垂直軸風(fēng)力機(jī)逡逑根據(jù)工作原理可以進(jìn)一步將垂直軸風(fēng)機(jī)細(xì)分為兩類：垂直軸阻力型風(fēng)力機(jī)、垂直逡逑軸升力型風(fēng)力機(jī)，其代表機(jī)型分別為：Ｓａｖｏｎｉｕｓ型風(fēng)力機(jī)和Ｄａｒｒｉｅｕｓ型風(fēng)力機(jī)。接下逡逑來，對兩種典型的風(fēng)機(jī)簡單說明一下。逡逑Ｓａｖｏｎｉｕｓ型風(fēng)力機(jī)，如圖１．４所示。該風(fēng)力機(jī)在結(jié)構(gòu)上是由２個半圓柱形葉片組逡逑合而成，２個半圓柱形葉片的軸線相互錯開該風(fēng)力機(jī)具有無需安設(shè)調(diào)向裝置、逡逑啟動性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)較精簡、造價低廉、后期維護(hù)容易等優(yōu)勢。但由于其工作速比范逡逑圍小，且在風(fēng)機(jī)葉片的旋轉(zhuǎn)中，在部分攻角區(qū)段可能會出現(xiàn)反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，逡逑其能量利用率通常難以達(dá)到２０邋％，故Ｓａｖｏｎｉｕｓ型風(fēng)力機(jī)常用于小型垂直軸風(fēng)電機(jī)組。逡逑／｜，逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖１．４薩渥紐斯型風(fēng)機(jī)逡逑Ｄａｒｒｉｅｕｓ型風(fēng)力機(jī)。１９２５年

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊從新;李壽圖;王秀勇;;低風(fēng)速下H型垂直軸風(fēng)力機(jī)氣動性能[J];排灌機(jī)械工程學(xué)報;2014年10期

2 李宇聲;鄭茂盛;滕海鵬;胡軍;王福寶;田洋洋;趙淵;余歷軍;;垂直軸5葉片阻力型風(fēng)力機(jī)的數(shù)值分析[J];化學(xué)工程;2014年08期

3 胡燕平;戴巨川;劉德順;;大型風(fēng)力機(jī)葉片研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];機(jī)械工程學(xué)報;2013年20期

4 惠萬馨;顧煜炯;劉莎莎;王向志;;垂直軸風(fēng)力機(jī)三維氣動性能的數(shù)值模擬及分析[J];現(xiàn)代電力;2013年01期

5 張凌新;胡龍兵;邵雪明;;滑移網(wǎng)格下泵內(nèi)流場的非定常流計(jì)算[J];水動力學(xué)研究與進(jìn)展A輯;2013年01期

6 佟昕;董媛媛;;我國風(fēng)能資源與風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展[J];能源研究與利用;2012年06期

7 嚴(yán)波;韓先洪;孔嘯;李陽;;改進(jìn)的有限體積法擴(kuò)散項(xiàng)離散格式[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年05期

8 陳黎融;邊艷妮;劉繼偉;李文華;;高速公路隧道風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)初探[J];中國交通信息化;2011年01期

9 金雪紅;梁武科;李常;;風(fēng)速對垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪氣動性能的影響[J];流體機(jī)械;2010年04期

10 申寬育;;中國的風(fēng)能資源與風(fēng)力發(fā)電[J];西北水電;2010年01期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

1 李宇聲;垂直軸風(fēng)力機(jī)的特性分析[D];西北大學(xué);2015年

2 路寬;基于數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗(yàn)的垂直軸風(fēng)力機(jī)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

3 王玉鳳;我國進(jìn)出口貿(mào)易內(nèi)涵二氧化碳排放研究[D];北京化工大學(xué);2011年

4 張慶;多視角下的中國能源需求預(yù)測研究[D];中國石油大學(xué);2011年

5 劉同平;垂直軸阻力型風(fēng)力機(jī)氣動特性分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];重慶大學(xué);2011年

6 姜琴琴;氣候變化背景下的中國環(huán)境影響評價制度發(fā)展研究[D];上海交通大學(xué);2010年

7 馮繼營;兆瓦級雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制策略研究[D];西南交通大學(xué);2010年

8 張強(qiáng);兩方程湍流模型的應(yīng)用研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2004年

本文編號：2820358