配重对拓宽无叶片风力机捕能区间的影响研究

为提高无叶片风力机的捕能效率,基于调谐捕能柱固有频率原理,提出采用配重方式拓宽无叶片风力机捕能区间的方法,推导添加配重后捕能柱固有频率的计算式,建立捕能柱涡激振动分析的仿真模型并进行了验证,探讨配重质量占比、配重块移动距离对捕能柱风速锁定区间与捕能效率的影响。所得结果表明,施加配重块后理论计算固有频率接近且大于捕能柱获得最大摆幅所对应的频率;配重块移动与其固定不动相比,捕能柱的捕能功率和风速锁定区间可显著提高,风速锁定区间长度增大了16.3倍;随着配重质量占比值的增大,捕能柱获得最大摆幅的风速锁定区间也增大,且区间长度与配重质量占比之间满足二次函数关系。这意味着当来流风速发生变化时,可通过调整配重块的位置,实现风能捕获最大化。     

桅杆长径比对有限长锥台形捕能柱涡激横向摆动特性的影响EI北大核心CSCD

无叶片风力机是利用捕能柱的风致横向摆动收集风能并将其转换成电能的装置。通过引入桅杆结构并将其与有限长锥台型捕能柱构成一个捕能系统,在建立有限长锥台型捕能系统简化模型的基础上,推导了与捕能系统几何形状相关的无量纲结构系数计算式,探讨了桅杆长径比对有限长锥台型捕能柱涡激摆动特性及捕能效率的影响。所得结果表明,桅杆结构的引入能有效地提升有限长捕能柱的涡激横向摆幅峰值及捕能效率,且其均随桅杆长径比的增大呈现先增大后减小的趋势。与无限长捕能柱结构相比,在桅杆长径比为6.67时有限长捕能柱的能量收集效率提升了44.8%;增大桅杆的长径比会使锁频区间增宽,但捕能系统的固有频率会减小;对于给定的捕能系统存在一个与其相匹配的最佳桅杆长径比。所得结论对于无叶片风力机的设计与实际工程应用具有重要的指导作用。