采用數(shù)值模擬的方法,分析了主軸直徑對垂直軸風(fēng)力機氣動性能的影響,結(jié)果表明:主軸在流場中會產(chǎn)生低速區(qū),對風(fēng)力機風(fēng)能利用率產(chǎn)生影響,隨著軸徑比的增大,風(fēng)力機風(fēng)能利用率峰值下降速度加快,當(dāng)軸徑比為0.144、0.307、0.500時,風(fēng)力機的風(fēng)能利用率峰值分別下降了0.87%、6.59%、11.3%;但大軸徑比風(fēng)力機的啟動性有一定提升。 

【文章來源】：裝備制造技術(shù). 2020,(04)

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

模型示意圖

以風(fēng)輪半徑R來定義計算域的尺寸，計算域及邊界條件的定義如圖2所示。計算域左側(cè)速度入口的流速為8 m/s；右側(cè)壓力出口的表壓為0 Pa；兩側(cè)為對稱邊界。而計算域內(nèi)部葉片和主軸所在區(qū)域采用滑移網(wǎng)格技術(shù)，使其以主軸中心為圓心相對于周圍流場旋轉(zhuǎn)，用于模擬風(fēng)力機的運行，旋轉(zhuǎn)區(qū)域的邊界采用交界面邊界，以保證流體的流通。最后葉片表面和主軸表面為壁面邊界。由于垂直軸風(fēng)力機為二維非穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)運動，因此采用計算精度較高的SST k-ω模型進行模擬，并對葉片邊界層網(wǎng)格進行加密。計算過程中為保證精度選擇二階精度的PISO算法，收斂殘差為10-4。選擇時間步長為1/720旋轉(zhuǎn)周期[9]，共計算25周期，使計算結(jié)果穩(wěn)定。

對上述不同主軸直徑的風(fēng)力機模型在尖速比為1.8時進行對比，其風(fēng)輪附近流場的速度云圖如圖3所示。由圖3可知，對于d=0 mm時的無主軸風(fēng)力機模型，來流風(fēng)在經(jīng)過上風(fēng)區(qū)的葉片后速度下降，使得位于下風(fēng)區(qū)的葉片來流風(fēng)速較小，從而產(chǎn)生的升力也小，說明垂直軸風(fēng)力機利用風(fēng)能的主要區(qū)域在上風(fēng)區(qū)。在風(fēng)輪中心存在主軸時，來流風(fēng)在主軸的迎風(fēng)方向產(chǎn)生了一個低速區(qū)。當(dāng)主軸直徑為75 mm時，該低速區(qū)的范圍較小，沒有影響到上風(fēng)區(qū)的葉片，因此對風(fēng)力機性能的影響較��；而隨著主軸直徑增大，低速區(qū)的范圍也增大，會對上風(fēng)區(qū)方位角在180°附近的葉片產(chǎn)生影響，使其受到的來流風(fēng)速減小，同時葉片與來流風(fēng)的相對風(fēng)速方向改變，使得葉片攻角減小，兩個因素共同導(dǎo)致最終葉片產(chǎn)生的升力減小，對風(fēng)力機性能影響較大。同時由于主軸與風(fēng)輪同速轉(zhuǎn)動，使得風(fēng)輪內(nèi)部的流場分布產(chǎn)生改變，以主軸直徑為260 mm時為例，其中位于主軸下側(cè)的流體受到減速效果，而主軸上方的流體產(chǎn)生加速效果，會對位于這兩個區(qū)間的葉片產(chǎn)生影響，但由于這兩個區(qū)間內(nèi)葉片與來流風(fēng)的夾角較小，使得葉片的攻角較小，所以產(chǎn)生的升力小，對風(fēng)力機有較小影響。

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]兆瓦級垂直軸風(fēng)力發(fā)電機組仿生塔架性能分析[J]. 譚季秋,卿上樂.  南華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2014(02)
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[5]水平軸與垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的比較研究[J]. 蔣超奇,嚴強.  上海電力. 2007(02)
[6]水平軸與垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的比較研究[J]. 蔣超奇,嚴強.  上海電力. 2007 (02)

碩士論文
[1]直葉型垂直軸風(fēng)機的變槳距及被動控制裝置優(yōu)化[D]. 李福林.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017



本文編號：3595051