發(fā)布時間：2020-10-29 20:12

　　 隨著環(huán)境治理的進一步深入,風(fēng)能作為清潔能源備受青睞,垂直軸風(fēng)力機也因為結(jié)構(gòu)簡單,啟動性能好等優(yōu)點獲得越來越多的關(guān)注。翼型作為垂直軸風(fēng)力機的核心要素,現(xiàn)在大多采用的還是航空翼型,但是航空翼型主要關(guān)注的是翼型的升阻比,并不考慮翼型的能量轉(zhuǎn)化效率,這不符合風(fēng)力機翼型選擇的實際情況。本文主要是以NACA0018為初始翼型,然后通過使用遺傳算法對該初始翼型的幾何參數(shù)進行優(yōu)化,再通過數(shù)值模擬來比較優(yōu)化前后翼型的氣動性能、升阻比和效率獲得合適的垂直軸風(fēng)力機翼型。本論文完成了以下幾個方面的研究：①、通過對垂直軸風(fēng)力機工作原理進行分析,掌握風(fēng)力機產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩的范圍,然后通過動量定律的推導(dǎo)、修正和受力分析得出升阻力系數(shù)和能量轉(zhuǎn)化效率的表達式,最后介紹CFD中湍流方程和動態(tài)網(wǎng)格等理論,為接下來的優(yōu)化和數(shù)值模擬奠定理論基礎(chǔ)；②、采用遺傳算法,進行翼型的幾何優(yōu)化和反設(shè)計。選擇最大厚度和翼型面積不小于初始翼型,及新的翼型曲線保持平滑連續(xù)作為約束條件,并使用FLUENT模擬優(yōu)化后的翼型,選出最符合條件的實驗翼型；③、通過gambit建立實驗用的垂直軸風(fēng)力機的三維模型,得到風(fēng)力機的速度云圖,了解優(yōu)化翼型的運行特性,并獲取風(fēng)力機的啟動轉(zhuǎn)矩和能量轉(zhuǎn)化效率等各項數(shù)據(jù),找出最合適的葉片安裝角；④、實驗數(shù)據(jù)處理分析,計算出風(fēng)力機實際運行時的能量轉(zhuǎn)化效率及轉(zhuǎn)矩系數(shù),驗證仿真結(jié)果和選擇垂直軸風(fēng)力機的合理性。通過遺傳算法和數(shù)值模擬相結(jié)合,使垂直軸風(fēng)力機的設(shè)計周期更短,更全面地考慮影響風(fēng)力機性能的各種因素,形成一套高效率易啟動H型垂直軸風(fēng)力機的設(shè)計方案。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TK83
【部分圖文】：

圖１－１?Ｓａｖｏｎｉｕｓ型風(fēng)輪?

高都有較大的影響，也降低了垂直軸大規(guī)模利用的可能性。隨著數(shù)值模擬法的向前發(fā)展，通過遺傳算法和ＦＬＵＥＮＴ數(shù)值模擬來優(yōu)化垂直軸風(fēng)力機成有實際意義和研究價值的課題。??內(nèi)外研究現(xiàn)狀??垂直軸風(fēng)力機的發(fā)展??今，實際利用的垂直軸風(fēng)力機包括阻力型和升力型兩個類型，也有部分升機型。阻力型風(fēng)力機主要依靠葉片在來流風(fēng)速下產(chǎn)生的阻力使風(fēng)輪轉(zhuǎn)動，的自啟動性能，在風(fēng)速較小的地方也可Ｗ使用。最開始為人類利用的就是垂直軸風(fēng)力機，這種風(fēng)力機具有低轉(zhuǎn)速和扭矩大的特點，在古時候的中國水等工作。主要的阻力型垂直軸風(fēng)力機有Ｓａｖｏｎ山Ｓ型和禍輪型，在１９巧年，??Ｓ．Ｊ．Ｓａｖｏｎｉｕｓ王程師發(fā)明了?Ｓａｖｏｎｉｕｓ型風(fēng)力機Ｗ，機構(gòu)圖如１－１。為使垂直既能低速啟動，又可Ｗ保證效率，誕生了如下有機結(jié)合Ｓ型與達里沃斯型混合式風(fēng)能利用裝置，如圖１－２。為了能產(chǎn)生更大的啟動轉(zhuǎn)矩，采用多個Ｓａｖｏｎｉｕｓ合，如圖１－３。??＾??

升力型垂直軸風(fēng)力機因為葉片的形狀和整體結(jié)構(gòu)的不同，類型可分為直葉片Ｈ?＇??型、經(jīng)典達里厄型和變形的Ｈ型垂直軸風(fēng)力機，圖１－４所示的菱形、Ａ型、Ｈ型、??〇型和Ｙ型等Ｐ１。升力型風(fēng)力機主要分為直葉片和帶有一定彎曲度的彎葉片，分別??型和０型為代表。翼型是Ｗ剖面的形式存在于葉片上的，來風(fēng)在風(fēng)力機葉片??附近的化動會帶來力矩的作用。Ｈ型風(fēng)力機雖然形式簡單，但是會有離也力的出現(xiàn)，??這會導(dǎo)致風(fēng)力機葉片的連接處會產(chǎn)生降低葉片強度的應(yīng)力。但是當(dāng)采用帶有一定弧??度的垂直軸葉片時就只會帶來張力，而沒有離也力的產(chǎn)生。因此在（Ｄ型風(fēng)輪被大量??采用，也使得彎曲應(yīng)力將大幅度的降低。由于同等條件下，相比于彎曲應(yīng)力，葉片??更能夠承受材料的張力，〇型的垂直軸風(fēng)力機葉片的質(zhì)量相對比較輕，因此實際的??運轉(zhuǎn)也比直葉片要快Ｗ。但巫型葉片也有自己的劣勢，難Ｗ實現(xiàn)變楽距的方式來自??啟動和控制風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 ;垂直軸風(fēng)力發(fā)電機舷翼結(jié)構(gòu)技術(shù)在滬推出[J];東方電機;2012年04期

2 程江濤;陳進;沈文忠;朱衛(wèi)軍;王旭東;;基于最大風(fēng)能利用系數(shù)的風(fēng)力機翼型設(shè)計[J];機械工程學(xué)報;2010年24期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 王曉鵬;遺傳算法及其在氣動優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2000年

2 汪魯兵;豎軸潮流水輪機水動力性能理論與實驗研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 容亮灣;水輪機葉片水動力分析及翼型優(yōu)化[D];哈爾濱工程大學(xué);2006年

本文編號：2861393