文档介绍：河海大学硕士学位论文答辩垂直轴风力机仿真与应用研究学号: 1031001050 姓名:张建新专业:工程力学导师:蔡新河海大学硕士毕业论文答辩章节?第一章绪论?第二章垂直轴风力机工作原理与 CFD 方法?第三章垂直轴风力机静态启动性能分析?第四章垂直轴风力机动态性能分析与发电机配置?第五章垂直轴风力机尾流特性研究?第六章总结和展望第一章绪论? 小型风力机的研究背景与意义由于全球能源紧缺与环境危机的影响,人类迫切需要一种可再生能源,风能具有有资源丰富、环保等特点,因此成为 21世纪比较有前景的新能源。小型风力机在离网式发电系统中具有良好的应用,可为海岛、边远山区等电网很难覆盖到的地区提供电能。小型风力机属于一次性投资设备,后期费用比较低。低于电网延伸的供电方法和利用汽油/柴油发电机发电的供电成本。所以小型风力机对于边远地区用电问题的解决有很大的切实意义。? 风力机的概述? 风力机的分类风力机分为水平轴风力机与垂直轴风力机图 1-1 水平轴风力机(a)(b)(c) 图 1-2 a 为阻力型风力机、 b为Ф型风力机、 c为H型风力机? 垂直轴风力机的优点(1)工作风速低,风能利用率高不需要调整方向捕捉风能,能充分利用低风速区风能。(2)垂直轴风力机成本低叶片材料和塔架等材料要求不高,造价低。(3)垂直轴风力机叶片使用寿命长相比水平轴,垂直轴叶片疲劳损伤小。(4)安装与维护保养比较方便发电机组在底部,安装维护费用小。(5)环境效益好尖速比小,噪音低,对鸟类的危害也小。? 目前尚存在的问题(1) 垂直轴风力机的启动性能研究为了更有效利用低风速区的风能,垂直轴风力机的启动性能研究尤为重要,而目前国内外对于垂直轴风力机启动性能的研究较少。(2) 垂直轴风力机关键参数的影响与发电机配置对于垂直轴发电机的研究,需要研究弦长、安装角等关键参数对于其相关性能的影响,同时为了最大限度利用各风速下垂直轴风力机功率输出,需要研究发电机特性,然后将风力机与发电机的特性做对比研究。(3) 风场中的垂直轴风力机尾流效应研究目前国内外对于水平轴风力机尾流效应的研究比较完善,但对于垂直轴风力机尾流的影响研究较少,随着大功率输出垂直轴风力机越来越多出现,对垂直轴风力机尾流效应的研究越来越重要。第二章垂直轴风力机工作原理与 CFD 方法? 垂直轴风力机气动原理? 翼型基本知识介绍翼型的定义为与叶片长度方向相垂直的横断面形状,如下图所示:tf c 中弧线弦线前缘后缘 yx 图 2-1 翼型的几何参数在无穷远来流 V ∞作用下,翼型会产生合力 F R,F R可分解为垂直与来流方向的升力 F L 与平行于来流的阻力 F D。F LF D ∞V α F R 图 2-2 翼型升阻力与功角示意图? 垂直轴风力机工作原理与结构参数来流风速 V ∞与叶片切向相对风速 V t合成 W, 叶片会受到垂直与 W的升力与平行于 W 的阻力。在任何位置上,合力均驱动风力机旋转,做正功。在一个周期内,功角一直处于变化状态,因此垂直轴风力机输出转矩呈现周期性变化。风ω W Fω V aV tV aV tV tV a W WFF α cR 图 2-3 垂直轴风力机原理图图 2-4 垂直轴风力机结构参数图? 垂直轴风力机的工作参数风能的计算扫风面积可由此式推出尖速比风能利用系数 312 E Sv ?? 312 N P N P C SV ? ??2 60 r rn v v ? ??? ? 33= 212 PPCSv Sv M ????? 计算流体力学 CFD 技术? CFD 的发展历程与 CFX 软件介绍 CFD (计算流体力学)技术发展始于上世纪 60年代开始发展,最初被用来从事科研。从上世纪 80年代开始, CFD 技术开始商业化。 CFX 软件是英国 AEA Technology 公司开发的,在复杂几何、网格、求解等技术瓶颈都取得了比较大的突破。目前在航空航天、旋转机械、多相反映、混合流、机械制造、生物医学等众多领域, CFX 都得到了广泛的应用。? 湍流模型流体微团做不规则随机脉动的流体运动为湍流。应用最多的湍流模型分类如下。 ( DNS ) (RANS) 本文采用的 SST κ-ω模型能够很好地处理剪切应力效应。可以很好地处理边界层流动。 ( LES ) ? 移动网格技术对于风力机研究,一般将整个流场分为静止区域和旋转区域,旋转区域即为包括风力机在内的中心流场,静止区域即外围流场,之间的交界面用移动