小型垂直軸風(fēng)力機(jī)既可以充分開發(fā)我國(guó)低風(fēng)速區(qū)的風(fēng)能資源,又可以滿足偏遠(yuǎn)山區(qū)的用電需求,同時(shí)還可以緩解城市用電壓力,因而小型垂直軸風(fēng)力機(jī)擁有廣闊的市場(chǎng)前景。但垂直軸風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)理論不夠完善,以及人們長(zhǎng)期對(duì)垂直軸風(fēng)力機(jī)的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)嚴(yán)重阻礙了垂直軸風(fēng)力機(jī)的發(fā)展。近些年來(lái)計(jì)算流體力學(xué)的飛速發(fā)展為垂直軸風(fēng)力機(jī)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。本文主要采用計(jì)算流體力學(xué)CFD (Computational Fluid Dynamics)數(shù)值模擬方法,采用滑移網(wǎng)格技術(shù),對(duì)二維風(fēng)力機(jī)流場(chǎng)進(jìn)行氣動(dòng)性能分析研究。 采用三種不同的湍流模型(Spalart-Allmaras單方程模型、Standard k-ε兩方程模型和SST K-ω兩方程模型)對(duì)NACA0016翼型進(jìn)行數(shù)值模擬分析,通過(guò)獲取不同攻角的升力系數(shù)及阻力系數(shù)對(duì)其氣動(dòng)性能進(jìn)行分析。三種模型對(duì)失速攻角的預(yù)測(cè)都在15 ?左右,與AID翼型數(shù)據(jù)庫(kù)給出的失速攻角基本吻合。對(duì)三種模型升阻力系數(shù)的模擬結(jié)果在基本翼型失速之前相同,在失速之后產(chǎn)生較大的差別,為后續(xù)選擇合適的尖速比提供了依據(jù);通過(guò)理論推導(dǎo),得出了翼型攻角及相對(duì)風(fēng)速與風(fēng)輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系式,并用MATLAB編程繪制出其關(guān)系曲線,發(fā)現(xiàn)翼型在初始位置時(shí)的相對(duì)風(fēng)速最大,此時(shí)攻角為零,相對(duì)風(fēng)速不對(duì)葉片產(chǎn)生升力。 采用CFD數(shù)值模擬方法對(duì)風(fēng)輪整機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬,根據(jù)前面的理論分析,取風(fēng)輪的尖速比為4和5來(lái)進(jìn)行計(jì)算,通過(guò)壓力云圖、速度云圖對(duì)風(fēng)輪外流場(chǎng)進(jìn)行分析,并分析不同尖速比下風(fēng)速和風(fēng)壓的變化趨勢(shì);截取流場(chǎng)速度變化軌跡對(duì)其進(jìn)行分析,并與定常數(shù)值模擬進(jìn)行對(duì)比;獲得了尖速比為4和5的風(fēng)能利用率,對(duì)于小型垂直軸風(fēng)力機(jī)而言,尖速比為4時(shí)風(fēng)輪的風(fēng)能利用率高于尖速比為5時(shí)的風(fēng)輪風(fēng)能利用率。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：TK83
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題來(lái)源及研究的目的和意義
        1.1.1 課題來(lái)源
        1.1.2 課題研究的目的及其現(xiàn)實(shí)意義
        1.1.3 國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)
    1.2 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.1 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)
        1.2.2 水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)與垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的比較
    1.3 CFD 在風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能中的研究現(xiàn)狀
    1.4 研究目標(biāo)及內(nèi)容
    1.5 本章小結(jié)
第2章 單個(gè)翼型氣動(dòng)性能模擬的研究
    2.1 NACA0016 翼型的數(shù)值模擬
        2.1.1 幾何模型和網(wǎng)格劃分
        2.1.2 翼型數(shù)值模擬的邊界條件
        2.1.3 湍流數(shù)值模擬方法與控制方程的離散
        2.1.4 近壁面的湍流處理
        2.1.5 求解過(guò)程及收斂性的判定
        2.1.6 NACA001 6 翼型數(shù)值計(jì)算結(jié)果處理和分析
        2.1.7 升力系數(shù)與阻力系數(shù)
    2.2 垂直軸風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)角與攻角及相對(duì)風(fēng)速關(guān)系推導(dǎo)
        2.2.1 垂直軸風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)角與攻角關(guān)系推導(dǎo)
        2.2.2 垂直軸風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)角與相對(duì)風(fēng)速關(guān)系推導(dǎo)
    2.3 本章小結(jié)
第3章 H 型垂直軸風(fēng)力機(jī)整機(jī)數(shù)值模擬
    3.1 簡(jiǎn)化模型
    3.2 劃分網(wǎng)格
        3.2.1 計(jì)算域的確定
        3.2.2 網(wǎng)格劃分
    3.3 風(fēng)機(jī)數(shù)值模擬控制方程及計(jì)算條件假定
        3.3.1 控制方程建立
        3.3.2 解析條件假定
        3.3.3 邊界條件假定
        3.3.4 滑移網(wǎng)格技術(shù)
    3.4 湍流模型的選取及計(jì)算方法的確定
    3.5 數(shù)值模擬結(jié)果分析
        3.5.1 壓力分布圖
        3.5.2 速度分布圖
    3.6 本章小結(jié)
第4章 不同尖速比風(fēng)力機(jī)對(duì)比分析
    4.1 速度對(duì)比分析
        4.1.1 非定常數(shù)值模擬流場(chǎng)速度變化軌跡圖
        4.1.2 定常數(shù)值模擬流場(chǎng)速度變化軌跡圖
    4.2 壓力對(duì)比分析
        4.2.1 非定常數(shù)值模擬流場(chǎng)壓力變化軌跡圖
        4.2.2 葉片表面壓力變化曲線
    4.3 功率對(duì)比分析
    4.4 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
    結(jié)論
    展望
參考文獻(xiàn)
致謝

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