升阻复合型垂直轴风力机叶片与涡的相互干扰研究

升阻复合型垂直轴风力机(VAWT)兼具升力型垂直轴风力机风能利用率(Cp)高以及阻力型垂直轴风力机启动性能好的优点。通过研究不同叶尖速比、不同弦长条件下的流场结构,分析叶片与涡的相互作用,揭示了该类风力机的做功机理,解释了不同条件下风力机风能利用率不同的原因。分析结果表明,风力机的涡量对其风能利用率具有直接影响,减小脱落涡可以提升风力机的风能利用率;通过涡量云图分析出的风能利用率与计算得出的风能利用率是相吻合的。     

垂直轴阻力型风力机平均功率计算及分析

垂直轴阻力型风力机可用于风力发电及风速测量,在实际应用中较精确计算风力机功率对进行风能利用评价和风力机站构设计都是至关重要的.本研究通过风力机叶片受力情况分析,给出了风力计算公式和平均功率计算公式,运用Matlab工具具体计算了一小型风力机实例,初步分析了功率与风速、叶片阻力系数等关系,得出了相应的阻力型风力机叶尖速比.分析表明垂直轴阻力型风力机的风能利用率不高,但结构简单、适应性较强.     

垂直轴风力机结构及性能改进的研究进展

垂直轴风力机因工作噪声小、启动风速低和抗风性能好等特点日益受到重视。本文对比分析了垂直轴风力机相对于水平轴风力机的技术优势,阐述了国内外对垂直轴风力机结构及性能的改进方法,包括两方面:一是对风力机叶片及叶型进行改进;二是在风轮外围增加辅助装置,通过改善垂直轴风力机的气动特性和启动性能,提高风力机的风能利用率。此外,对垂直轴风力机未来的发展前景进行了展望。     

压气喷气式自启动垂直轴风力机设计与气动性能研究

本文主要致力于改进升力型垂直轴风力机的自启动问题,同时保持较高的风能利用率.常见的升力型垂直轴风力机启动方法主要是用阻力型叶片带动升力型叶片转动,但是升力型的叶轮启动后高速转动时,阻力型叶轮对升力型叶轮的旋转会产生干扰,降低整体风力机对风能的利用效率.本文研究了一种压气喷气式升阻组合型垂直轴风力机启动装置,同时对风力机的叶轮进行了优化,在改进垂直轴风力发电机叶轮自启动方式的同时提高了风能利用率.     

垂直轴阻力型风力机功率计算与Fluent数值模拟

以一小型风力机作实捌,运用2种方法分别计算垂直轴阻力型风力机的风能利用率。一种方法是通过对风力机叶片受力分析,利用风力和功率计算公式,借助Matlab工具计算;另一种方法是利用Fluent软件分析风力机在给定风速下的气动性能,仿真叶片气动流场流态,并计算叶轮的扭转力矩和风能利用系数等参数。比较2种方法的优缺点,有助于垂直轴风力机的设计研发。     

三叶片直线翼垂直轴风力机非定常流场速度分析

垂直轴风力机在回转过程中,叶片尾流的相互干涉和叶片攻角变化,使垂直轴风力机周围流场异常复杂。为探明直线翼垂直轴风力机在二维流场中速度分布及风力机叶片迎风角度变化关系,在风洞试验中采用激光多普勒测速仪(Laser Doppler velocimetry,LDV)技术,对所设计的三叶片直线翼垂直轴风力机流场风速进行试验研究,获得了该风力机叶片周围流场的速度分布情况。在建立直线翼垂直轴风力机在不同转速下叶片迎风角度变化的数学模型基础上,应用仿真软件对被测风力机流场进行分析计算。通过数学模型得知,来流风速夹角随回转角的变化情况可用正弦函数近似表示, 并且随着叶尖速比的增大逐渐减小。风洞试验和CFD结果表明,风力机在回转过程中,叶片前缘场域有乱流生成,并且该域风速值偏大;而在叶片旋转内部以及下流区域内会形成一个宽大的低速区域,并且伴随叶尖速比的增加,低速区域具有扩大趋势。     

新型升阻复合型垂直轴风力机结构设计

在传统H型风力机基础上设计了一种升阻复合型垂直轴风力机,既有升力型垂直轴风力机风能利用率高的优点,又具备阻力型垂直轴风力机启动风速要求小的特点,适用范围广。为使该型风力机接收高位处风能并使两发电组间产生空气涡流相互作用,设计了一种组合型垂直风力发电系统,并对该系统中的塔架进行了失稳和强度分析,以验证该结构的合理性。     

一种新型垂直轴风力机的气动性能分析

传统阻力型垂直轴风力机具有结构简单、低风速启动、成本低等优点,但其风能转换效率较低。为改善传统阻力型风力机的风能转换效率,基于仿生原理提出了一种新型叶片结构的风力机,其结构设计借鉴了鱼脊线结构和Savonius型风力机的叶片结构的特点。通过二维数值模拟方法研究两种风力机的气动特性,并对两种风力机进行对比分析。结果表明,在风速8m/s条件下,新型风力机的扭矩和效率系数优于传统Savonius型风力机,且在较低叶尖速比时达到最高效率,该风轮的三叶片结构布局可引导气流进行二次驱动,从而实现风能转换效率的提升。     

阻力型垂直轴风力发电机风轮结构的优化设计

为了解决传统阻力型垂直轴风力发电机存在的风能利用率偏低、起动性能欠佳等问题,对其风轮结构进行优化设计。在分析问题成因的基础上,基于结构力学和空气动力学原理,通过采用半圆筒叶片、四分之一圆筒屏障板,优化风轮转轴、叶片布局、叶片相对尺寸等措施对风轮及其辅助装置进行结构上的改进,得到阻力型垂直轴风力发电机风轮模型。样机对比实验表明,改进后的阻力型垂直轴风力发电机的风能利用率得到提升,起动性能明显改善。     

垂直轴风力发电机结构研究进展

与水平轴风力发电机相比,垂直轴风力发电机具有结构对称、风能利用率高、噪音低等优点,有着较为广阔的市场前景。首先对垂直轴与水平轴风力机作了比较,分析了垂直轴风力发电机的特点,简要地概述了垂直轴风力机的先后发展,分别介绍了常见的萨渥纽斯阻力型、达里厄型及其变形结构等垂直轴风力机的结构,阐述了国内外学者对垂直轴风力机结构的研究现状,最后简要地分析了设计垂直轴风力机所面临的主要问题。     

垂直轴风力机研究进展

垂直轴风力机是目前风力发电事业风力机的重要研究方向.垂直轴风力机在某些关键技术方面可能能够很好的解决水平轴风力机目前所要面临的问题,如整个系统的结构稳定可靠性、风能利用率较高和环保效果好等方面,因此吸引了大量研究者的关注.主要是从与目前技术成熟且使用最广的水平轴风力机进行对比的角度,分析介绍了垂直轴风力发电机的优缺点.从目前对垂直轴风力机的主要研究方面来论述发展垂直轴风力机需要解决的问题,认为对垂直轴风力机的空气动力学性能研究将是目前垂直风力机研究的主要方向.展望了发展垂直轴风力机在未来风力发电事业中的广阔前景.     

具有组合式叶片的导流型垂直轴风力机气动性能的数值研究

在分析传统垂直轴风力机低效率原因的基础上阐述导流型垂直轴风力机的结构优势,并提出一种带组合式叶片的导流型垂直轴风力机,同时数值研究该垂直轴风力机的气动特性.这种垂直轴风力机由导风轮与风轮构成,其中导流叶片分别由进口径向段、出口导流段,以及与两者相切的中间圆弧段等三段组合而成,风叶是由进口圆弧段及与之相切的出口直线段组合而成.导流叶片不仅可以有效地降低因来流对风叶吸力面的直接冲击而造成的阻力转矩,而且还有助于增强来流对风叶压力面的有效冲击.这两方面均有助于使该种风力机风轮的旋转转矩得到显著增加.研究结果表明:这种带有组合式叶片导流型垂直轴风力机,具有工作范围宽、最佳尖速比大、风能利用率高等特点,其气动性能在数值上已明显超过常规垂直轴风力机的一般水平.在此基础上,将机翼型叶片引入导流型垂直轴风力机中,并数值论证了即使在这种变攻角、剧烈分离的垂直轴风力机的内部流场中,机翼型叶片对整个风力机性能的提高也能起到一定的作用.这种带有组合式叶片的导流型垂直轴风力机不仅具有较好的气动性能,而且具有简单的二维外形结构便于加工,具有推广使用的潜力.     

垂直轴阻力型风力机功率计算方法研究

垂直轴阻力型风力机是一种全风向工作、结构简单可靠的风力发电能量转换机械,在实际应用中较精确计算风力机功率对风能利用评价和风力机结构设计都是至关重要的.通过不同的方法分别对两种垂直轴阻力型风力机的平均功率计算进行了研究,给出了风力机功率计算具体的研究方法和平均功率计算公式,比较分析了不同功率计算方法的适用情况,得出了功率...     

垂直轴风力机二维流场特性及变桨规律研究

为了研究H型垂直轴风力机的变桨规律，提高其获能效率，对垂直轴风力机叶片翼型进行空气动力学性能分析，选出升阻比较高的翼型。对优选出的翼型进行二维建模，采用CFD (Computational Fluid Dynamics)方法进行二维流场仿真模拟，得到不同尖速比叶片周围流场的变化规律，据此设计出H型垂直轴风力机叶片并进行三维建模。分析叶片旋转一周所受力矩的变化，即某一方位角不同桨距角下力矩的变化趋势，得出垂直轴风力机旋转一周的变桨规律。该研究对H型垂直轴风力机的开发和工程应用具有一定的参考价值。     

基于IABC算法的风力机叶片参数优化

为了降低风力机叶片的单位输出能量成本,改善风能利用情况,将风力机叶片的弦长、扭角和相对厚度参数作为设计变量,建立了叶片单位输出能量成本最小的目标函数,运用改进人工蜂群算法(IABC算法)对风力机叶片不同截面进行参数优化,并对叶片单位输出能量成本进行分析和验证。研究表明,某2MW的风力机叶片经优化后,年输出能量增加了0.5%,叶片成本减少了1.9%,叶片单位输出能量成本降低了2.4%。     

基于钝尾缘翼型叶片的三维风力机性能分析

随着风力机向大型化发展,为有效提升风力机叶片的性能以及结构强度,将钝尾缘翼型应用于风力机叶片设计。以NACA639XX系列翼型为基准翼型,通过Hicks-Henne型函数和钝尾缘函数对翼型进行参数化拟合,使用多岛遗传算法优化得到层流钝尾缘翼型族(USST-XXX)。将此翼型族中相对厚度为21%的USST-211翼型与NACA63921层流翼型替换NREL PhaseVI叶片截面的S809翼型,建模得到两种三维风力机叶片,采用数值模拟的方法,对这两种叶片不同风速下的流场进行分析,并与NREL Phase VI风力机叶片的气动性能进行对比。数值模拟结果表明,在额定风速附近,采用层流钝尾缘翼型所构造的新叶片风力机的风能利用系数高于其他两种叶片。研究结果表明优化得到的层流钝尾缘翼型族可以有效提升风力机气动性能,在大型水平轴风力机叶片设计方面具有良好的应用前景。     

大型风力机叶片的耦合优化方法

为了降低兆瓦级风力机叶片的制造成本,通过耦合叶素动量理论与复合材料欧拉伯努利梁强度设计理论,综合考虑风能效率和成本,以叶片的风能效率成本最小化为优化目标,提出了大型风力发电机叶片的多学科优化设计方法。并基于该方法,对某50 m风力机叶片进行了优化设计。研究结果表明,该方法能够找到风能效率与成本的平衡设计点,叶片风能效率成本比传统设计方法设计的叶片减少了8.84%。     

基于QFD技术的风力机叶片加工中心整体概念设计研究

风力机叶片加工中心设计是将优化决策模型和质量功能展开(QFD)模型应用其中。首先建立风力机叶片加工中心质量屋,用户对加工中心的要求和改进要求在加工中心的建模设计和制造过程中转化为工程措施。同时,将各种工程措施的实施所消耗的资源与企业现有资源相结合,通过优化决策模型为加工中心建模重新设计选择关键工程措施。在资源有限的情况下,加工中心的设计可以最大程度地满足客户的需求,从而提高了风力机叶片加工中心的市场竞争力。     

基于遗传算法的小型风力机叶片优化设计与三维仿真分析

根据叶素动量理论(Blade Element Momentum theory,BEM)的Wilson方法建立了风力发电机叶片气动计算模型,并考虑叶尖损失、轮毂损失、叶栅理论及失速状态下动量理论的失效的修正。提出了基于MATLAB遗传算法工具箱,以风能利用系数最大为优化目标,对叶片弦长和扭角等参数进行优化设计的方法。在优化后得到叶片模型基础上,基于Fluent软件对三叶片风轮进行了三维仿真,得到了整机风轮压力分布与表面空气流速分布图,并得到了叶片的转矩值,据此计算求得风轮功率和功率系数,绘制了风轮功率及功率系数随风速变化的关系图。通过分析,表明基于遗传算法的风力机叶片优化设计方法是有效可行的,能有效提高风能的利用率,对风力机叶片的设计、改型和研发工作具有指导意义。     

双叶片立轴风力机及其性能分析

提出了一种新型的双叶片风力机,建立了该风力机的计算模型,基于对叶片的运动学和空气动力的分析,导出了其性能参数的计算方法。结合设计实例,对该风力机的性能进行了仿真分析,结果表明:双叶片风力机在一定的风速和负载下能稳定地运行,最大风能利用率随输出转速呈抛物线规律变化,存在使风能利用率最大的最佳输出转速。