不同错列布置下垂直轴风力机尾流特性

为研究垂直轴风力机错列排布时下游风力机横向偏移距离对尾流特性的影响,获得优化的排布方式,以某H型垂直轴风力机为研究对象,建立了三维计算模型进行仿真模拟。基于单风力机模拟结果,研究了错列排布中不同偏移距离对风力机功率系数及尾流特性的影响。结果表明：当尖速比由0.5增加至1.5的过程中,风力机尾流逐渐接近于钝体尾流,下游速度恢复距离减小;风力机阵列中,错列布置可有效缓解上游风力机尾流对下游风力机的不利影响;随着横向距离的增大,下游风力机整体尾流速度分布逐渐与上游风力机的下游气流速度分布相一致,当横向间距为1倍,2倍风轮直径时,下游风力机功率系数相比单列排布提升了16.5%,37.3%。     

伞形风力机尾流特性及输出特性研究

为适应分布式风力发电机的恶劣应用环境,同时满足功率调控以及风机自我保护的需求,提出了一种新型伞形风力机。为研究伞形风力机风轮收缩角对尾流特性和输出特性的影响,分别进行了数值模拟和风洞试验。研究结果表明：伞形风力机风轮收缩角增大后,扫掠面积减小,尾流直径减小,尾流轴向影响范围增大,速度恢复减缓,同时会导致叶尖涡强度减小,中心涡强度先增大后减小,但是中心涡强度一直大于叶尖涡强度,所以叶根后的速度亏损要一直大于叶尖后的速度亏损。此外,风洞试验也验证了风轮收缩角对功率控制的有效性。     

分布式能源用新型Senegal式垂直轴风力机尾流分析

针对现有的Jensen尾流模型分析水平轴风力机(HAWTs)的方法,对采用经典Jensen尾流模型时恒定的风速亏损和尾流衰减系数进行改进,提出基于改进型Jensen尾流模型对新型Senegal式垂直轴风力机(VAWTs)尾流分析的新方法。结合流场分析对该新型风力机进行尾流数值模拟,得出了基于改进的Jensen尾流模型的尾流参数二维分布的变化规律。由于尾流分布具有三维性,二维尾流分布不能完全反映尾流特性,因此还得到了尾流参数三维分布。全面地分析了单台VAWT的尾流特性,不仅为进一步的多台VAWTs尾流分析和风电场风力机排布研究打好基础,而且为该类Senegal式VAWT的尾流研究提供了借鉴和参考。     

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。     

基于大涡模拟的风力机尾流特性研究

耦合大涡模拟(Large-Eddy Simulation,LES)与致动线方法(Actuator Line Method,ALM),对均匀入流下的水平轴风力机作数值模拟研究,探究三种亚格子(Subgrid-Scale,SGS)模型下风力机的尾流特性.结果 表明:雷诺应力与湍流切应力在叶尖涡与叶根涡区有明显的最大值与极大值,尾迹随下游位置的变化呈现出逐渐增大的各向同性;平均速度亏损比产生的湍流更持久.不同SGS模型在相同叶尖速比下得到的轴向速度干扰因子和速度环量沿叶片径向分布几乎相同.相同位置处的尾涡由不同强度的涡旋组成,能量较小的涡旋是尾涡组成中的主要部分;尾流发展的过程中,强度较大的涡集中在尾涡中心,强度较小的涡在尾涡外围分布.对于所使用的三种亚格子模型,能预测出相似的尾流效应,亚格子模型的选择对尾流的模拟影响较小;vSGS=0时,求解过程只有数值耗散,仍能获得很好的模拟结果.     

升力型垂直轴风力机相互作用研究

为了研究两个垂直轴风力发电机之间的相互影响,采用非定常流体动力学数值计算方法,研究了不同间距下两台垂直轴风力机的运行状况,分析了1/3旋转周期内、不同相位角的情况下,两叶轮周边的压力场和涡量场。结果表明：叶轮1的非定常尾流会影响处于其尾流区的叶轮2的压力场及涡量场,因此,叶轮1对叶轮2的影响随着叶轮间距的增大而逐渐减弱;当间距到达6D(D为风轮直径)时,叶轮2的最大功率系数约等于叶轮1的最大功率系数。     

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。     

中国B类风场中水平轴风力机尾流特性研究

通过对中国B类风场平均风剖面来流条件下的风力机进行大涡模拟,研究风力机的尾流特性.研究发现,对于尾流时均轴向速度,速度剖面在1～7D范围内呈非对称“W”形分布,随着尾流继续向后发展,“W”逐渐演化为“S”形.由于风剪切效应影响,尾流轴向速度垂直剖面以轮毂中心线呈不对称性分布,尾流下半部区域较上半部区域的轴向速度恢复更快...     

一种垂直轴阻力型风力机的风轮设计

对一种给定运行参数的垂直轴阻力型风力发电机的风轮进行设计计算,并对其进行了机械功率计算、CP值计算和ANSYS有限元模态分析计算尖速比λ值的分析,有助于垂直轴阻力型风力机风轮的进一步改造和优化。     

风速对垂直轴风力机风轮气动性能的影响

不考虑连杆和转轴以及叶尖损失的影响,采用雷诺平均Navier-Stokes方程和k-ωSST湍流模型对直叶片垂直轴风力发电机风轮进行二维数值模拟,考虑风轮处于不同来流风速时,三叶片与五叶片风轮流场分布及压力场分布的异同。为后续研究提供良好的指导方向。     

垂直轴风力发电机主轴结构优化设计

在全面分析垂直轴风力发电机主轴结构和受力的基础上,运用ANSYS Workbench建立垂直轴风力发电机主轴的参数化有限元模型。以主轴的强度和刚度为约束条件,以主轴质量最小为目标。对主轴的内径、支承跨距、轮辐与支承的距离和轮辐跨距进行了优化计算。并对优化前后结果进行了对比分析。计算结果表明:垂直轴风机主轴结构优化后,在保证各项力学性能的前提下,主轴质量得到较大幅度的减小。从而降低了主轴的生产成本,提高了垂直轴风力发电机的市场竞争力。     

高径比对垂直轴风力机气动性能的影响

基于双向多流管理论模型,采用 MATLAB 软件编写程序,并将程序计算的结果与试验值进行对比,验证了双向多流管理论模型的可用性。以双向多流管理论模型为依据,研究高径比对垂直轴风力机气动性能的影响。以某一风力机为例,拟定风轮高径比和起动风速的近似关系式。研究表明,当转速相同时,随着高径比的增大,风力机风轮的起动风速减小;在中、低风速段,高径比大的风轮的输出功率大,在高风速段,高径比大的风轮的输出功率较小;在风速相同时,如要获取相同的输出功率,应增大高径比大的风力机的风轮转速。     

直叶片垂直轴风机气动设计参数分析

采用滑移网格技术对直叶片垂直轴风机风轮进行二维非定常数值模拟,获得在不同风轮设计参数下风轮的转矩.通过以风轮功率最大为性能指标,选取对风轮功率有直接影响的叶片安装半径、叶片弦长、叶片数和叶片高度四个主要因素作为自变量,采用正交试验优化设计方法对风轮参数进行优化,对正交试验结果进行极差分析.结果表明直叶片垂直轴风机风轮空气动力性能最优的一组风轮参数为R=1.05m,N=5,C=0.14m,H=1.4m.所得到的最优解与一般优化设计所得的结果类似,能够达到对直叶片垂直轴风机风轮进行优化的目的.     

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...     

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.