發(fā)布時間：2020-11-09 16:55

　　 小型垂直軸風力機既可以充分開發(fā)我國低風速區(qū)的風能資源,又可以滿足偏遠山區(qū)的用電需求,同時還可以緩解城市用電壓力,因而小型垂直軸風力機擁有廣闊的市場前景。但垂直軸風力機的設計理論不夠完善,以及人們長期對垂直軸風力機的錯誤認識嚴重阻礙了垂直軸風力機的發(fā)展。近些年來計算流體力學的飛速發(fā)展為垂直軸風力機的發(fā)展奠定了堅實的物質基礎。本文主要采用計算流體力學CFD (Computational Fluid Dynamics)數值模擬方法,采用滑移網格技術,對二維風力機流場進行氣動性能分析研究。 采用三種不同的湍流模型(Spalart-Allmaras單方程模型、Standard k-ε兩方程模型和SST K-ω兩方程模型)對NACA0016翼型進行數值模擬分析,通過獲取不同攻角的升力系數及阻力系數對其氣動性能進行分析。三種模型對失速攻角的預測都在15 ?左右,與AID翼型數據庫給出的失速攻角基本吻合。對三種模型升阻力系數的模擬結果在基本翼型失速之前相同,在失速之后產生較大的差別,為后續(xù)選擇合適的尖速比提供了依據;通過理論推導,得出了翼型攻角及相對風速與風輪轉角的關系式,并用MATLAB編程繪制出其關系曲線,發(fā)現(xiàn)翼型在初始位置時的相對風速最大,此時攻角為零,相對風速不對葉片產生升力。 采用CFD數值模擬方法對風輪整機進行數值模擬,根據前面的理論分析,取風輪的尖速比為4和5來進行計算,通過壓力云圖、速度云圖對風輪外流場進行分析,并分析不同尖速比下風速和風壓的變化趨勢;截取流場速度變化軌跡對其進行分析,并與定常數值模擬進行對比;獲得了尖速比為4和5的風能利用率,對于小型垂直軸風力機而言,尖速比為4時風輪的風能利用率高于尖速比為5時的風輪風能利用率。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2011
【中圖分類】：TK83
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題來源及研究的目的和意義
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 課題研究的目的及其現(xiàn)實意義
        1.1.3 國內外風力發(fā)電的研究現(xiàn)狀與趨勢
    1.2 垂直軸風力發(fā)電機的發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.1 垂直軸風力發(fā)電機
        1.2.2 水平軸風力發(fā)電機與垂直軸風力發(fā)電機的比較
    1.3 CFD 在風力機氣動性能中的研究現(xiàn)狀
    1.4 研究目標及內容
    1.5 本章小結
第2章 單個翼型氣動性能模擬的研究
    2.1 NACA0016 翼型的數值模擬
        2.1.1 幾何模型和網格劃分
        2.1.2 翼型數值模擬的邊界條件
        2.1.3 湍流數值模擬方法與控制方程的離散
        2.1.4 近壁面的湍流處理
        2.1.5 求解過程及收斂性的判定
        2.1.6 NACA001 6 翼型數值計算結果處理和分析
        2.1.7 升力系數與阻力系數
    2.2 垂直軸風力機轉角與攻角及相對風速關系推導
        2.2.1 垂直軸風力機轉角與攻角關系推導
        2.2.2 垂直軸風力機轉角與相對風速關系推導
    2.3 本章小結
第3章 H 型垂直軸風力機整機數值模擬
    3.1 簡化模型
    3.2 劃分網格
        3.2.1 計算域的確定
        3.2.2 網格劃分
    3.3 風機數值模擬控制方程及計算條件假定
        3.3.1 控制方程建立
        3.3.2 解析條件假定
        3.3.3 邊界條件假定
        3.3.4 滑移網格技術
    3.4 湍流模型的選取及計算方法的確定
    3.5 數值模擬結果分析
        3.5.1 壓力分布圖
        3.5.2 速度分布圖
    3.6 本章小結
第4章 不同尖速比風力機對比分析
    4.1 速度對比分析
        4.1.1 非定常數值模擬流場速度變化軌跡圖
        4.1.2 定常數值模擬流場速度變化軌跡圖
    4.2 壓力對比分析
        4.2.1 非定常數值模擬流場壓力變化軌跡圖
        4.2.2 葉片表面壓力變化曲線
    4.3 功率對比分析
    4.4 本章小結
結論與展望
    結論
    展望
參考文獻
致謝

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本文編號：2876713