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整流式阻力型垂直轴风力机结构参数优化选择的研究

作　者: 张磊
导　师: 姚英学
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 垂直轴风力机整流增效数值模拟
分类号: TK83
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

当前,能源和环保已成为人类生存和发展所需解决的紧迫问题,各国政府更加重视可持续发展能源的开发、利用。风能作为一种清洁的可再生能源,具有广阔的应用前景。风力发电是目前世界上技术最成熟一种风能利用方式,其中,阻力型垂直轴风力机因结构简单、适应性强等特点,在小型风力发电领域受到更多的青睐。不过,由于风能利用系数较低的劣势,该种风力机的发展受到了限制。为提高阻力型垂直轴风力机的风能利用系数,本文根据风力机捕获风能的原理,设计了一种整流式风力机,该风力机由整流罩和风轮组成。整流罩能够增大作用在风轮叶片上的风速,并且可以通过调节风流方向,减小叶片上的阻力扭矩,以此达到整流的目的,提升风力机的性能。论文分析了影响整流式风力机增效性能的主要结构参数,确定了结构参数优化的研究方案。借助于计算流体力学软件Fluent,完成了风力机二维流场的数值计算,得到了不同结构参数组合下风力机的C P??曲线。结合仿真结果,分析了整流罩对风力机流场的影响以及风力机结构参数对风能利用系数的影响规律。在此基础上,完成了风力机结构参数的优化选择。为研究整流式风力机的实际性能,论文设计、制造了风力机样机,应用简易风洞,分别对有无整流罩的风力机进行了吹风实验,结果表明,加装整流罩后,风力机的性能得到了明显提升。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-17
  1.1 研究的目的与意义  8
  1.2 风力机的种类及性能  8-11
    1.2.1 水平轴风力机  8-9
    1.2.2 垂直轴风力机  9-10
    1.2.3 特殊型风力机  10-11
  1.3 垂直轴风力机的优势与不足  11-12
  1.4 阻力型垂直轴风力机增效研究的状况及分析  12-16
  1.5 本文的主要研究内容  16-17
第2章整流式阻力型垂直轴风力机增效机理的研究  17-24
  2.1 整流式风力机的工作原理与组成  17-18
  2.2 整流罩对风场的作用机理  18-19
  2.3 整流效应的影响因素分析  19-23
  2.4 整流式风力机优化参数的选择  23
  2.5 本章小结  23-24
第3章整流式阻力型垂直轴风力机结构参数优化的仿真研究  24-41
  3.1 数值计算平台的选择与计算方法  24-30
    3.1.1 数值计算平台的选择  24
    3.1.2 计算方法简介  24-30
  3.2 数值计算方案的设计  30-32
  3.3 整流罩对风力机流场的影响分析  32-35
    3.3.1 整流罩对流场气流通道的影响  32-33
    3.3.2 整流罩对叶片表面压力的影响  33-34
    3.3.3 整流罩对风轮转矩系数的影响  34-35
    3.3.4 整流罩对风轮功率系数的影响  35
  3.4 整流罩结构参数对风能利用系数影响规律的研究  35-38
  3.5 风轮结构参数对风能利用系数影响规律的研究  38-39
  3.6 整流式风力机结构参数的优化选择  39-40
  3.7 本章小结  40-41
第4章整流式阻力型垂直轴风力机的实验研究  41-46
  4.1 整流式风力机样机的设计与制造  41-42
  4.2 实验方法简介  42
  4.3 实验结果及其分析  42-45
  4.4 本章小结  45-46
结论  46-47
参考文献  47-51
致谢  51

整流式阻力型垂直轴风力机结构参数优化选择的研究

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