發(fā)布時間：2021-02-23 23:05

　　風(fēng)能作為一種清潔無污染的可再生能源受到人們青睞,風(fēng)力機的研究與發(fā)展對我國經(jīng)濟社會發(fā)展有積極的意義。本文以可在城市使用的小型風(fēng)力機為研究對象,利用修正系數(shù)的方法改進葉片的外形參數(shù),以此提高風(fēng)力機的整體氣動性能。本文以Wilson理論為基礎(chǔ),基于葉素動量修正理論,建立風(fēng)力機葉片設(shè)計的理論模型。選擇適用于中低速風(fēng)況下的NACA63-215翼型,依據(jù)風(fēng)能利用系數(shù)局部最優(yōu)原則,通過Matlab等軟件進行尋優(yōu)計算,得到葉片不同半徑處的誘導(dǎo)因子,利用參數(shù)化設(shè)計方法獲得了葉片的弦長、扭角,建立3-8葉片6種不同風(fēng)力機葉片的實體模型。葉片的外形參數(shù)得到優(yōu)化,提高了風(fēng)力機的輸出功率與葉片的結(jié)構(gòu)強度。以NACA63-215翼型作為葉片設(shè)計的原始翼型,并采用數(shù)值計算的方法分析各種湍流模型、雷諾數(shù)、葉片攻角、相對厚度等因素對翼型氣動性能的影響。結(jié)果表明:在小型風(fēng)力機的運行工況下,S-A湍流模型所得結(jié)果與文獻所提供的結(jié)果更為吻合。同時發(fā)現(xiàn),受攻角影響風(fēng)力機翼型的流場會發(fā)生明顯變化,攻角為0°時,翼型的上下表面的速度場與壓力場呈對稱分布;攻角為8°時,翼型前段出現(xiàn)明顯的負壓區(qū)域,翼型下表面壓強高于上表面;攻角為16... 

【文章來源】：青島科技大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

全球能源利用發(fā)展趨勢

青島科技大學(xué)研究生學(xué)位論文3圖1-22019-2023年亞洲風(fēng)電年新增裝機容量預(yù)測（GW）Fig.1-2ForecastofNewlyInstalledCapacityofAsianWindPowerin2019-2023(GW)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)快速發(fā)展，成為最環(huán)保、高效的綠色能源之一。目前亞洲是世界上最大的風(fēng)力發(fā)電市常2008-2018年，中國連續(xù)10年新增加裝機量保持世界第一。截至2018年，中國新增裝機量為21.2GW，占全球的45%。根據(jù)我國風(fēng)力發(fā)電的預(yù)測，2020年底，我國風(fēng)電裝機容量會達到1.2×108KW。風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，使得各項相關(guān)的經(jīng)濟指標提高，風(fēng)電企業(yè)的盈利能力與競爭力得到大幅度提高。主要是由于最近幾年火力發(fā)電成本的增加，風(fēng)力發(fā)電具有很大的競爭力。2030年之后水能資源開發(fā)基本完成，海上風(fēng)力發(fā)電將進入黃金時期。從圖1-2可以看出，在未來中國依然是世界最大的風(fēng)場，遠遠高于印度和其它亞太地區(qū)。我國有廣闊的陸地面積，風(fēng)能資源的分布十分廣泛，近地面風(fēng)能總儲存量為32×108kW，風(fēng)力發(fā)電量的理論值為223×108kWh，可利用風(fēng)能2.53×108kW，平均的風(fēng)能密度為100W/m2[5-6],尤其在我國的西北地區(qū)、東北地區(qū)風(fēng)能資源更為豐富。在可持續(xù)發(fā)展政策的引領(lǐng)下，風(fēng)力發(fā)電在我國會有更廣闊的發(fā)展空間。1.2國內(nèi)外風(fēng)力機研究現(xiàn)狀風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是將機械能轉(zhuǎn)化為電能，風(fēng)能作用于葉輪，葉輪的轉(zhuǎn)動來帶動內(nèi)部線圈做切割磁感線運動，產(chǎn)生電能并儲存在裝置中。風(fēng)力發(fā)電機的種類也是多樣的，按照風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)裝機容量劃分：小型、中型、大型、特大型風(fēng)力機；按照風(fēng)輪的類型：水平軸風(fēng)力機與垂直軸風(fēng)力機；按照能源利用的形式：陸地風(fēng)力發(fā)電和海上風(fēng)力發(fā)電[7]。風(fēng)力發(fā)電的運行方式一般分為3種：（1）獨立運行方式，主要是一臺小型風(fēng)力發(fā)電機發(fā)電并儲存在蓄電池中，供家庭使用。

小型風(fēng)力機葉片的優(yōu)化設(shè)計及流固耦合分析102小型風(fēng)力機葉片的設(shè)計風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日趨成熟，葉片是風(fēng)力機研究的關(guān)鍵部分，葉片的設(shè)計與制造會影響風(fēng)輪的氣動效率。理論模型的選擇與參數(shù)的計算會直接決定風(fēng)力機葉片結(jié)構(gòu)強度和功率系數(shù)。風(fēng)力機葉片設(shè)計理論模型的研究越來越普遍，在風(fēng)力機設(shè)計中應(yīng)用比較廣泛的模型有簡化風(fēng)車理論模型、葛勞渦漩渦流理論模型、Wilson理論模型等。其中Wilson理論模型能夠綜合考慮葉尖、葉根的損失系數(shù)，與其它理論模型相比，能夠較為精確的反映葉片的運行狀態(tài)。Wilson理論模型中主要包含貝茲理論、動量理論、葉素理論、渦流理論四種基本的理論。本文以Wilson理論為基礎(chǔ)，考慮到氣流通過風(fēng)輪后的實際狀態(tài)，基于葉素動量理論系數(shù)修正，設(shè)計多種小型風(fēng)力機葉片模型。2.1風(fēng)力機機葉片設(shè)計基本理論2.1.1貝茲理論貝茲理論用來計算風(fēng)力葉輪能量轉(zhuǎn)換效率的重要理論，貝茲理論是一種理想模型。在這個過程中將風(fēng)輪視為一個葉片數(shù)目無窮多的圓盤。同時不考慮空氣的流動阻力和摩檫力，僅考慮氣流經(jīng)過風(fēng)輪的軸向速度。圖2-1貝茨理論原理圖Fig.2-1Batestheoryprinciplediagram圖2-1所示簡化為單向流體通道，風(fēng)輪左側(cè)為氣流的來流方向，其流動速度為V1,氣流通過風(fēng)輪后其速度為V，而在風(fēng)輪右側(cè)氣流速度為V2，氣流在風(fēng)輪左側(cè)來流方向截面積為S1，風(fēng)輪的橫掠面積為S，氣流在風(fēng)輪下游截面處面積為S2。由于風(fēng)輪對氣流有阻礙作用，風(fēng)輪前后的速度明顯不同，其中V1高于V2，S1低于S2。將空氣視為不可壓縮氣體，氣流作用在風(fēng)輪表面的力：)(21VVSVF（2-1）


本文編號：3048386