垂直轴风力机应用概况及其展望

水平轴风力机是当今应用最广的一种风力机,垂直轴风力机也有着自身优越的性能,并越来越被人们所重视。介绍垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机的优缺点,以及垂直轴风力机的最新应用及其发展趋势。     

一种新型风力发电机的设计思路

提出了风力发电技术领域中的一种基于同步传动装置的活页竖直轴风力发电机。介绍了传统型阻力风力机的类型和特点,分析了新型垂直轴风力发电机的实现方式、工作原理及其相对于水平轴风力发电机的优点,简要分析了新型风力机的经济效益。     

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.     

垂直轴风力发电机的发展历史及现状

随着传统化石资源的枯竭,绿色、环保、可再生的风能引起了人们的关注.风力机是把风能转化为电能的有效装置,与水平轴风力发电机相比,垂直轴风力发电机组有着诸多的优越性.国内关于垂直轴风力机的大部分研究集中在空气动力学特性方面,取得了一定的进展.文中主要阐述垂直风力发电机的发展历史及研究现状,对人们了解垂直轴风力发电机有所帮助.     

2000～2007年风力发电设备市场评估及2010年综合预测

风电设备概述 风机是基本的风能转换设备,按主轴装置形式大致可分两大类：垂直轴风力机（转轴与来流方向垂直）、水平轴风力机（转轴与来流方向垂直）。目前较常用的大型机组为水平轴风力发电机,其主要有定桨距失速调节型和变桨距调节型两大类。对水平轴风力机而言,当风流经过叶片表面时,由于流经上下表面速度不同,形成压差产生气动力,这种气动力就使得叶片绕轮毂转动。风力发电机就是利用叶片转动的动力经调速装置增速稳定后,驱动发电机工作达到发电目的。     

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。     

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.     

垂直轴风力发电机的设计

对垂直轴风力发电机进行了基本的参数计算,运用了产品造型设计中的仿生形态学理论,设计出的风力机叶片外形跟蝴蝶翅膀的轮廓相似,叶片的数量为三个,三叶片互成120°并且有折叠单元,不仅实用而且具有一定的观赏性.对风力发电机做了简单的人机工程学分析,主要包括风力机尺寸、颜色、材料的选取,色彩要结合考虑该风机使用地点环境的整体颜色,光线饱和度以及仿生形态原型的主要颜色,材料选用强度高、比重轻、抗蚀性好以及耐久的高质量复合材料.最后对风力机载荷进行分析跟讨论,使得垂直轴风力发电机造型美观,性能实用.     

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。     

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。     

导流型垂直轴风力机内部流场数值模拟中若干问题的探讨

导流型垂直轴风力机是以在传统垂直轴风轮外增加一圈导流叶片而得名,其气动性能往往高于常规垂直轴风力机。导流型垂直轴风力机的绕流场是典型的内外流结合的多尺度、非定常、不稳定的三维漩涡流场。对这种复杂流场进行全三维、真正意义的非定常数值模拟,所需的计算量远远超出微机的现有能力,且其所需的计算时间也往往超出企业产品的设计周期。通过讨论在对该种风力机流场进行数值模拟时的两个问题,旨在寻求一种计算量与计算时间适中,并具有一定计算精度的计算模型:其一,在处理旋转风轮与静止导风轮之间的非定常计算信息传递时,采用计算量较小的多重参考坐标系法代替计算量极大的滑移网格法的可行性;其二,在数值模拟中,采用二维简化模型代替三维实际模型的可行性。研究结果表明:滑移网格法与多重参考坐标系法对导流型垂直轴风力机外特性的计算结果具有相当的一致性,然而对流场内特性的计算结果存在一定的差异,这种差异在风轮迎风面中表现地较明显;二维简化模型与三维实际模型的数值计算均能获得相似的外特性曲线与相同的最佳尖速比,然而其计算的外特性参数在数值上普遍低于对应的三维模型计算结果。就导流型垂直轴风力机流场的数值模拟而言,采用二维简化模型并配合多重参考坐标系法,不...     

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。     

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.     

1.5kW H型垂直轴试验风机数据采集系统

风能这种可再生能源正在成为新能源的重要力量.随着风力发电技术的快速发展,垂直轴风机无需对风,无变浆偏航装置,结构简单的优点逐渐被人们所认知.现介绍一种在垂直轴试验风机测试中采用的数据采集系统方案,该方案已成功应用到1.5kW H型垂直轴试验风机的风洞试验中,取得了良好的效果,为H型垂直轴风机的研发提供了有力的试验数据支持.     

Investigation on aerodynamics and active flow control of a vertical axis wind turbine with flapped airfoil

A 2D unsteady numerical simulation with dynamic and sliding meshing techniques was conducted to solve the flow around a threeblade Vertical axis wind turbine (VAWT). The circular wakes, strip-like wakes and the shedding vortex structures interact with each other result in an extremely unstable performance. An airfoil with a trailing edge flap, based on the NACA0012 airfoil, has been designed for VAWT to improve flow field around the turbine. Strategy of flap control is applied to regulate the flap angle. The results show that the flapped airfoil has an positive effect on damping trailing edge wake separation, deferring dynamic stall and reducing the oscillating amplitude. The circular wake vortices change into strip vortices during the pitch-up interval of the airfoils. Examination of the flow details around the rotating airfoil indicates that flap control improves the dynamic stall by diminishing the trend of flow separation. Airfoil stall separation has been suppressed since the range of nominal angle of attack is narrowed down by an oscillating flap. Vortices with large intensity over rotational region are reduced by 90 %. The lift coefficient hysteresis loop of flapped airfoil acts as an O type, which represents a more stable unsteady performance. With flap control, the peak of power coefficient has increased by 10 % relative to the full blade VAWT. Obviously, the proposed flapped airfoil design combined with the active flow control significantly has shown the potential to eliminate dynamic stall and improve the aerodynamic performance and operation stability of VAWT.     

Multi-objective structural optimization of a HAWT composite blade based on ultimate limit state analysis

An extensively automated optimization procedure is presented for a horizontal axis wind turbine (HAWT) blade based on ultimate limit state analysis. Two composite materials named glass fiber reinforced plastic (GFRP) and carbon fiber reinforced plastic (CFRP) are applied with a multi-objective of blade cost and total mass. Laminate layer thickness, material type and orientation angle are tailored for the structural performance and subjected to three design constraints which are derived from analysis of ultimate strength, fatigue failure and critical deflection, respectively. Combining FEM analysis and an evolutionary algorithm, the proposed optimization process has dramatically reduced design cost and improved blade performance.     

1.5kW H型垂直轴试验风机空气阻力试验

风能这种可再生能源正在成为新能源的重要力量.随着风电技术的快速发展,垂直轴风机无需对风,无变浆偏航装置,结构简单的优点逐渐被人们所认知.H型垂直轴风机具有扫风面积更大、质量轻、惯量小、结构简单等特点.实验对不同实度和支撑结构的1.5kWH型垂直轴风轮进行了无风条件下的电动拖动试验.通过对不同试验风轮空气阻力扭矩的测量和比较,初步了解了不同结构对H型垂直轴风机性能的影响,为今后兆瓦级垂直轴风机的设计提供了优化方向和参考依据.