垂直軸風(fēng)力機(jī)分為兩大類:DARRIEUS(升力型,簡稱H型)和SAVONIUS(阻力型,簡稱S型)。兩葉片的升力型風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩低但效率較高,阻力型風(fēng)力機(jī)具備高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩但效率很低。現(xiàn)在流行設(shè)計(jì)混合型風(fēng)力機(jī)(將S型和H型風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)思想綜合在同一模型上),它能夠利用升力與阻力。許多學(xué)者利用低成本的辦法來單獨(dú)提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和效率。最常見的措施是改變?nèi)~片數(shù)以及優(yōu)化葉型。 SAVONIUS風(fēng)力機(jī)總成本低,制造和維修簡單,雖然效率較低,但它適用于風(fēng)速低的居民區(qū)。本文研究的目標(biāo)就是設(shè)計(jì)一臺(tái)高效低成本的阻力型垂直軸風(fēng)力機(jī),并選用六個(gè)葉片的SAVONIUS型式。 SAVONIUS風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)子在風(fēng)速很低的情況下開始向外輸出功率,在風(fēng)速很高的情況下依然能夠持續(xù)輸出。因?yàn)槔蔑L(fēng)速的范圍很廣,雖然效率低,但是這種風(fēng)力機(jī)還是很受歡迎。由于SAVONIUS風(fēng)力機(jī)基本上能夠一直輸出功率,它的年發(fā)電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同尺寸的水平軸風(fēng)力機(jī)。 原裝SAVONIUS的輸出功率較低有兩個(gè)原因:(1)風(fēng)打到葉片凸面上引起負(fù)轉(zhuǎn)矩;(2)隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn),其轉(zhuǎn)矩由高到低變化幅度很大。兩葉片SAVONIUS風(fēng)力機(jī)的最大缺點(diǎn)是:隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)矩會(huì)下降到為接近零的程度。在某一些角度下,轉(zhuǎn)子無法啟動(dòng),而多葉片能夠確保轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定性。 本文所介紹的提高效率的方法為: (1)增加葉片數(shù)目和優(yōu)化設(shè)計(jì) (2)不讓來流風(fēng)打到葉片的凸面上,即可以用一種“盾”或?qū)~把葉片的凸面蓋住。 目前的阻力型風(fēng)力機(jī),尚未看到含“盾”或擋風(fēng)板的型式,所以本文以這種含“盾”的風(fēng)力機(jī)為研究對(duì)象,開展風(fēng)力機(jī)的CAD設(shè)計(jì)、CFD分析和樣機(jī)制造等工作。二維CFD計(jì)算的結(jié)果顯示,這種新型的風(fēng)力機(jī)比常規(guī)垂直軸風(fēng)力機(jī)效率高出約20%。從樣機(jī)的制造角度來看,含導(dǎo)風(fēng)結(jié)構(gòu)的風(fēng)力機(jī)有弊病,即進(jìn)口須保持對(duì)風(fēng)以及穩(wěn)定性,減少摩擦;要達(dá)到這種要求將帶來設(shè)計(jì)和運(yùn)行的復(fù)雜化。另外,單獨(dú)采用轉(zhuǎn)子的風(fēng)力機(jī)型式的效率并不低,而且簡單方便,可以接受任何角度的風(fēng)源而不需要對(duì)風(fēng)的條件。因此,開展轉(zhuǎn)子的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究工作非常有必要。 本研究設(shè)計(jì)出了一種效率高且成本低的垂直軸風(fēng)力機(jī)。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：TK83

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2826056