隨著環(huán)境污染的日益加劇,風(fēng)能已經(jīng)成為當(dāng)今世界最重要的可再生能源之一。現(xiàn)代風(fēng)力機(jī)大體上可分為兩類,分別是水平軸風(fēng)力機(jī)和垂直軸風(fēng)力機(jī)。鑒于直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)具有無需對風(fēng)裝置,葉片加工簡單以及相對簡單的外形和結(jié)構(gòu)等優(yōu)點,近年來對這種風(fēng)力機(jī)的研究越來越深入。直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)目前面臨的主要問題是改善翼型的氣動性能和風(fēng)力機(jī)的自啟動困難,因此研究適合垂直軸風(fēng)力機(jī)的翼型和增強(qiáng)垂直軸風(fēng)力機(jī)的自啟動能力,對提高垂直軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率具有重要意義。 本文利用低雷諾數(shù)二維翼型分析程序XFLR并結(jié)合翼型失速后性能預(yù)測模型Viterna-Corrignan對垂直軸風(fēng)力機(jī)常用的NACA系列翼型族進(jìn)行數(shù)值模擬,研究了雷諾數(shù)、厚度和彎度對翼型氣動性能的影響。數(shù)值研究結(jié)果表明,增大雷諾數(shù),合理選擇翼型的厚度和彎度可以提高翼型的氣動性能。運用復(fù)合形法,以翼型的最大升力系數(shù),最大升阻比和失速攻角的代數(shù)和為目標(biāo)函數(shù),對垂直軸風(fēng)力機(jī)常用的NACA0015翼型進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,得到一種適合低風(fēng)速垂直軸風(fēng)力機(jī)的新翼型。針對垂直軸風(fēng)力機(jī)的自啟動問題,本文在總結(jié)現(xiàn)有的葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的基礎(chǔ)上,提出了一種葉片加裝襟翼的方案,并且推導(dǎo)了帶襟翼的風(fēng)力機(jī)啟動數(shù)學(xué)模型和襟翼閉合條件。 設(shè)計并加工了垂直軸風(fēng)力機(jī)實驗臺,測試了具有NACA0015翼型葉片和優(yōu)化翼型葉片的風(fēng)力機(jī)的工作性能,研究了葉片前緣粗糙度對風(fēng)力機(jī)性能的影響。同時,驗證了葉片加裝襟翼方案的可行性。實驗研究表明,前緣粗糙度增大一定程度上提高了垂直軸風(fēng)力機(jī)的啟動性能,但降低了風(fēng)力機(jī)的工作性能。葉片內(nèi)側(cè)表面粗糙度對垂直軸風(fēng)力機(jī)工作性能的影響比外側(cè)表面粗糙度大。葉片加裝襟翼方案顯著提高了直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)的啟動時間。這些研究結(jié)論為直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)的研制奠定了理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：TK83
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文（1）水平軸風(fēng)力機(jī)需要偏航裝置以應(yīng)對風(fēng)向的變化，在對風(fēng)過程中會有一定的能量損失。垂直軸風(fēng)力機(jī)無需偏航裝置，可以吸收任何方向來風(fēng)的能量；（2）垂直軸風(fēng)力機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)和增速系統(tǒng)位于地面，而水平軸風(fēng)力機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)和增速系統(tǒng)則位于高聳的塔架之上，在安裝和維修上垂直軸風(fēng)力機(jī)更具優(yōu)勢；（3）垂直軸風(fēng)力機(jī)工作時產(chǎn)生的噪音低于同功率的水平軸風(fēng)力機(jī)；（4）整體結(jié)構(gòu)上，垂直軸風(fēng)力機(jī)比水平軸風(fēng)力機(jī)簡單，因而制造加工同等功率的風(fēng)力機(jī)，垂直軸風(fēng)力機(jī)的成本更低。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文（1）水平軸風(fēng)力機(jī)需要偏航裝置以應(yīng)對風(fēng)向的變化，在對風(fēng)過程中會有一定的能量損失。垂直軸風(fēng)力機(jī)無需偏航裝置，可以吸收任何方向來風(fēng)的能量；（2）垂直軸風(fēng)力機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)和增速系統(tǒng)位于地面，而水平軸風(fēng)力機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)和增速系統(tǒng)則位于高聳的塔架之上，在安裝和維修上垂直軸風(fēng)力機(jī)更具優(yōu)勢；（3）垂直軸風(fēng)力機(jī)工作時產(chǎn)生的噪音低于同功率的水平軸風(fēng)力機(jī)；（4）整體結(jié)構(gòu)上，垂直軸風(fēng)力機(jī)比水平軸風(fēng)力機(jī)簡單，因而制造加工同等功率的風(fēng)力機(jī)，垂直軸風(fēng)力機(jī)的成本更低。

圖 1-3 薩沃尼斯型垂直軸風(fēng)力機(jī)力機(jī)由法國工程師 George Jeans Mary D達(dá)里厄型垂直軸風(fēng)力機(jī)根據(jù)葉片的形狀可 1-5 所示。彎葉片設(shè)計使風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時葉片制造成本高。直葉片設(shè)計使風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時，但葉片的制造成本低。達(dá)里厄型垂直片都具有翼型剖面，當(dāng)風(fēng)吹過風(fēng)輪時，
【參考文獻(xiàn)】

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1 左林玄;王晉軍;;低雷諾數(shù)翼型的優(yōu)化設(shè)計[J];兵工學(xué)報;2009年08期

2 李巖;田川公太朗;;葉片附著物對直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)性能的影響[J];動力工程;2009年03期

3 閻超,謝磊,李云曉,趙小虎;翼型的氣動最優(yōu)化設(shè)計方法和反設(shè)計方法[J];空氣動力學(xué)學(xué)報;1999年01期

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本文編號：2884883