風(fēng)力機是將風(fēng)的機械能轉(zhuǎn)化為電能的關(guān)鍵設(shè)備,一向是風(fēng)能發(fā)展技術(shù)的重點研究領(lǐng)域。風(fēng)力機葉片是能量轉(zhuǎn)化的核心裝置,其性能直接影響整機的風(fēng)能利用效率。商業(yè)化水平軸風(fēng)力機單機容量多為兆瓦級別,葉片長度均達(dá)到數(shù)十米,重力載荷較大;為了提高風(fēng)能利用效率葉片多伴有一定的扭轉(zhuǎn)角,葉片制造加工有一定的難度,并對攻角比較敏感;此類型風(fēng)力機切入速度多為4m/s及以上,在中低速風(fēng)速區(qū)間效率不高。而基于Magnus效應(yīng)的葉片構(gòu)型,其可有效地利用中低速風(fēng)資源,且葉片加工制造較為簡單,然而其在風(fēng)能利用效率方面仍不及傳統(tǒng)大型商業(yè)化風(fēng)力機。因此運用數(shù)值模擬技術(shù)研究其流場規(guī)律并探究不同葉片配置,尋找提升效率的途徑是非常必要的。本文首先介紹傳統(tǒng)風(fēng)力機的空氣動力學(xué)理論例如致動槳盤理論,葉素理論,以及簡化葉素動量理論等,并結(jié)合Magnus效應(yīng)風(fēng)力機實際情況對公式進(jìn)行一定的擴展與改寫,建立其對應(yīng)的空氣動力學(xué)模型。其次簡要地介紹計算流體動力學(xué)軟件的基本工作原理。并運用數(shù)值模擬軟件Fluent對其二維翼型在不同來流風(fēng)速以及自轉(zhuǎn)速度工況下模擬,研究其流場特性。得出二維旋轉(zhuǎn)圓柱繞流的升力系數(shù)隨著轉(zhuǎn)速的增大而增大,隨著來流風(fēng)速的增大而減小,且數(shù)值與周速比正相關(guān)。二維翼型在中低風(fēng)速區(qū)的升阻比數(shù)值較高。再次對于不同配置的三維葉輪進(jìn)行不同工況模擬,研究葉片幾何外形參數(shù)對于風(fēng)能利用效率的影響,并探究葉片最優(yōu)配置。得出葉輪在周速比為2到6時效率可達(dá)到25%以上,且6葉片配置更優(yōu)。最后針對Magnus效應(yīng)風(fēng)力機翼型升阻比不高的特點,提出二維翼型的優(yōu)化方案,并探索其可行性與進(jìn)一步優(yōu)化方向。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TK83
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 風(fēng)力機發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 風(fēng)力機翼型研究進(jìn)展
    1.4 Magnus效應(yīng)應(yīng)用研究現(xiàn)狀
    1.5 本文的主要內(nèi)容
2 Magnus效應(yīng)風(fēng)力機空氣動力學(xué)基礎(chǔ)
    2.1 旋轉(zhuǎn)圓柱勢流
    2.2 致動槳盤理論
    2.3 葉素理論
    2.4 動量理論與葉素動量理論
    2.5 本章小結(jié)
3 Magnus效應(yīng)風(fēng)力機二維翼型數(shù)值模擬
    3.1 計算流體動力學(xué)簡介
    3.2 旋轉(zhuǎn)圓柱繞流計算模型建立
    3.3 旋轉(zhuǎn)圓柱繞流流場特性分析
    3.4 本章小結(jié)
4 Magnus效應(yīng)風(fēng)力機葉輪三維模擬
    4.1 三維葉輪計算模型建立
    4.2 Magnus效應(yīng)風(fēng)力機流場特性分析
    4.3 本章小結(jié)
5 Magnus效應(yīng)風(fēng)力機翼型優(yōu)化
    5.1 二維翼型優(yōu)化
    5.2 優(yōu)化結(jié)果分析
    5.3 本章小結(jié)
6 總結(jié)及展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄：攻讀碩士期間論文發(fā)表及專利申請情況

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2842553