基于滑移网格的双风轮垂直轴风力机气动性能研究

为提高阻力型垂直轴风力机的风能利用率,创新性地提出了一种双风轮阻力型垂直轴风力机.由于狭管效应,流经两风轮之间的风速会相对增大,这有利于提高该双风轮风力机的效率.采用滑移网格技术对双风轮和单风轮风力机进行了数值模拟,结果表明:双风轮的正风区均位于两风轮之间区域时,相同工况下,双风轮风力机的风能利用率均高于对应单风轮的效...     

垂直轴风力机气动性能分析与数值模拟研究

先采用叶素理论对垂直轴风力机叶片受力进行静态的分析,然后采用多流管理论计算出叶尖速比与功率的关系曲线,最后采用滑移网格技术对风力机进行了数值模拟,得到的功率与用多流管理论计算的结果吻合较好.     

垂直轴风力机二维非定常流场数值模拟

应用FLUENT软件求解二维非定常不可压N-S方程和SST κ-ω湍流模型,采用PISO速度压力修正算法,结合滑动网格技术,模拟垂直轴风力机(VAWT)的流场特性.获得并分析了不同时刻的速度场、压力场分布,风轮叶片受力和转矩的变化规律.结果表明绕流场模拟能有效地反应风力机旋转过程的流场状况,可为垂直轴风力机的工程设计提供理论依据.     

变攻角垂直轴风力机三维定常流场数值模拟

应用Fluent软件求解三维定常不可压N-S方程,采用k-ε湍流模型和SIMPLE算法,结合MRF复合坐标系技术,模拟垂直轴风力机（VAWT）的流场特性.获得并分析了不同攻角下的速度场、压力场分布,得到风轮叶片压力分布和转矩值.结果表明绕流场模拟能有效地反应风力机不同攻角下的流场状况,可为垂直轴风力机的工程设计提供理论依据.     

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。     

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.     

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。     

小型垂直轴风力机翼型气动性能的数值模拟

风机翼型作为叶片外形设计的根本,对叶片的空气动力特性、质量以及整个风机捕获风能的能力有着重要的影响。利用FLUENT流体仿真软件对翼型进行数值模拟,使用RNG k-ε和SST k-ω湍流模型模拟得到翼型随攻角变化的升阻力系数曲线,并与试验数据进行对比,得出SST k-ω湍流模型更为准确。对风机叶片翼型进行气动数值模拟计算和分析,有助于深入了解翼型的气动性能,为风机翼型的气动特性研究提供理论基础。     

垂直轴风力机流场模拟计算网格划分研究

垂直轴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,用CFD软件对其流场进行分析、研究,最为关键的是对数值模型进行网格划分。针对垂直轴风力机流场的特点,结合实践运用情况,给出了其网格划分的基本方法及注意要点。     

喷管式翼缝对垂直轴风力机气动性能影响研究

具有良好动态性能是垂直轴风力机叶片高效捕获风能的关键,合理的流动控制方法可有效改善叶片气动性能,提高风能利用率.基于二维H型垂直轴模型研究不同椭圆形渐缩式翼缝及其开口宽度对垂直轴风力机动态失速的影响.结果表明,翼缝的主要作用机理是通过控制流动分离以延缓动态失速,较之原始翼型,椭圆形翼缝翼型在尖速比为0.5时转矩系数提高...     

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。     

垂直轴风力机三维气动性能研究及优化设计

建立了五叶片垂直风力机三维模型,采用滑移网格技术对五叶片垂直风力机的气动性能进行分析。研究结果表明,叶片的半径和高度会对风力机外围的速度场及湍动能分布产生明显影响,进而影响风力机的风能利用率。不同转速的风力机随着叶片宽度的增加其风能利用率呈现先增加后减小的趋势,同时在风力机转速一定情况下,风力机的风能利用系数随着叶片高度的增加也呈现明显的先增加后减少趋势。     

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...     

基于滑移网格的H型垂直轴动态气动特性分析

垂直轴风力机的气动特性非常复杂,采用工程气动模型会有较大误差,因而本文针对NACA0012翼型,基于滑移网格技术,并选用Spalart-Allmaras方程湍流模型和基于压力的Simple算法对H行垂直轴风轮流场进行瞬态CFD计算,整个计算结果通过了严格的网格数和计算区域验证。同时,本文通过对流场的分析,获得了风力机的动态失速与升阻力系数等气动特性,计算结果对H轴风力机的设计与开发具有一定理论价值。     

不同翼型对垂直轴风力机性能的影响

采用移动网格技术对小型垂直轴风轮湍流瞬态流场进行了数值计算,得到了不同厚度的四种NACA00XX系列对称翼型风轮的力矩系数、风轮功率和风能利用系数及其变化规律,详细分析了翼型厚度对小型H型垂直轴风力机风轮气动性能的影响,研究表明翼型厚度对风力机的各气动参数有较大的影响,在同一系列翼型中存在一最佳翼型厚度。     

动态格尼襟翼对垂直轴风力机性能的影响

针对垂直轴风力机运行时叶片攻角随相位角呈周期性变化所导致的强非稳定和非定常流动进而引发的气动效率问题,提出在叶片尾缘布置动态格尼襟翼的流动控制方法.以三叶片直线翼垂直轴风力机为研究对象,采用基于SST k伸出高度对垂直轴风力机气动性能的影响.结果表明:在叶片尾缘布置动态格尼襟翼可有效提高风能利用系数,当动态格尼襟翼始终...     

倾斜叶片垂直轴风力机气动性能的CFD研究

为了研究叶片倾斜对风力机气动性能的影响,采用三维流体计算软件FLUENT模拟了简化的倾斜叶片和直叶片风力机在自由空间的流场特性。研究表明,叶片倾斜能在不降低风力机风能利用率的情况下大幅度减小叶片上产生的驱动力矩的振动幅度;但是由于叶片倾斜产生的旋转半径的变化和对流场的改变,使得叶片在中间区域得到较低的力和力矩,在底端由于降低了翼尖涡流的影响增大力和力矩,而在顶端则相反地减小了力和力矩。     

偏航对风力机气动性能影响的数值模拟研究

采用基于滑移网格模型的三维非定常数值模拟方法,对NREL Phase Ⅵ风力机在轴流工况下的气动性能进行计算,并与参考文献提供的实验值进行比较,验证了方法的可靠性。然后对该风力机在偏航工况下的尾迹结构和气动性能进行计算,结果表明:偏航工况时,风力机尾迹呈现明显的偏斜特性,且尾迹区的速度恢复比轴流工况慢;旋转周期内,叶片根部和中部受偏航入流的影响较大,导致叶片表面压力变化较大且吸力面流动分离严重,而叶尖区域受偏航的影响较小。计算结果能够为研究风力机的动态失速以及风场中风机群的优化布置等问题提供指导。     

基于风洞试验和仿真的垂直轴风力发电机的湍流模型分析

对于湍流的计算一直是流体力学领域的难点,而垂直轴风力发电机周围流场的湍流非常复杂,对其CFD仿真模拟选取湍流模型一直各抒己见。选取目前使用最为广泛的SST k-ω、Realize k-ε、RNG k-ε和标准k-ε湍流模型进行CFD仿真,模拟双叶片直线翼垂直轴风力发电机的叶片表面压力分布和单叶片转矩系数,并与采用高速多点压力测量仪和力矩传感器测量的实验数据进行对比分析。其结论为,在叶片失速区,采用标准k-ε和Realize k-ε湍流模型CFD仿真模拟的结果与实验值拟合度很低;当叶片处于深度失速区时,采用RNG k-ε湍流模型CFD仿真模拟的结果与实验结果拟合度最高,而在轻失速区时,采用SST k-ω湍流模型模拟得到的值与实验测量值拟合度最好。从单叶片转矩系数角度分析可得,采用SST k-ω湍流模型模拟得到的值与实验测量值拟合度最好。