一种复合型垂直轴风力机实验研究

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1、2010年10月沈阳航空工业学院学报0ct．2010第27卷第5期JournalofShenyangInstituteofAeronauticalEngineeringVol_27No．5文章编号：1007—1385(2010)05—0029—05一种复合型垂直轴风力机实验研究张国臣徐志晖张岩王建明申振华(沈阳航空航天大学动力与能源工程学院，辽宁沈阳110036)摘要：提出了一种升阻复合型垂直轴风力机，并对该风力机进行了实验研究。首先通过改变叶片安装角，对不同风速下风力机的性能进行实验研究。其次对叶片进行正装和反装对比实验。实验结果表明，当叶片反装时，在同一风速下

2、安装角为一6。时功率最大，此外对安装角为一6。时的多个风速进行实验研究，发现随着风速的增大，每个风速下的最大功率增大。关键词：垂直轴风力机；复合型；反装；实验研究中图分类号：TK83文献标识码：Bdoi：10．3969／j．issn．1007—1385．20l0．05．007近年来，风力机研制发展迅速，目前风力机主轮最为典型J。要有垂直轴和水平轴两种，水平轴风力机的研究垂直轴风力机在结构简单性、叶片制造复杂比较成熟，而且商品化的风力机中水平轴风力机性和维护保养等方面具有明显的优势，使得其加占主导地位，在此基础上再进一步显著提高风力工和维护成本明显低于水平轴风力机。

3、正是如机的性能是十分困难的。近年来，由于垂直轴风此，近年来，越来越多的研究人员开始关注垂直轴力机(VAWT)本身相对于水平轴的诸多优势，人风力机，特别是西欧和美国，主要是安装在建筑物们开始对其进行较深入的研究。垂直轴风力机的上；而所谓劣势，即垂直轴风力机的气动性能(以风轮可以吸收来自任何方向风的能量，不需要调功率系数衡量)比水平轴的低10％～15％左右以向机构，而且，齿轮箱和发电机可以安装在地面及自启动能力差J。目前已有大量的研究证明，上，结构简单，维护方便，但是垂直轴风力机的最许多技术措施可以弥补这些缺点。大风轮系数较低，而且只能在低尖速比下运行，且为了改善自启

4、动和提高效率，本文提出了一不能自行启动。垂直轴风力机可分为两个主要类种S型风轮和H型风轮相结合的复合型垂直轴型，一类是利用空气动力的阻力做功，叫做阻力型风力机方案，并且通过实验对其性能进行了验证。风力机，典型的结构是S型风轮，它由两个轴线错开的半圆形或弧形垂直叶片组成，其优点是起动1实验装置与方案转矩较大，缺点是由于围绕着风轮产生不对称气本实验是在某大学风洞实验室进行的。该风流，从而对它产生侧向推力。对于较大型的风力洞是一座低速、低紊流度回流式风洞，其实验段长机，由于受偏转与极限应力的限制，采用这种结构3m，宽lm，高1．2m，风速范围3m／s～55m／s。形式是

5、比较困难的。另一类是利用翼型的升力做实验模型如图1所示。阻力型部分直径为功，叫做升力型风力机，基本上是直叶片和弯叶片0．183m，由两个半径为0．05m的半圆形垂直叶片两种，直叶片主要采用横梁或拉索作支撑，以防止组成，高度为0．1m，如图2所示。升力型部分旋引起很大的弯曲应力，以H型风轮为主，弯叶片转半径为0．3m，高度为0．5m。升力型叶片采用主要是使叶片只承受纯张力，不承受离心力载荷，的是某大学风洞实验室自行设计的一种大弯度非但其几何形状固定不变，不能采用变桨矩方法来对称直叶片(如图3)。该叶片压力面弯度的增加控制转速，叶片制造成本比直叶片高，以型风可以提高风

6、力机功率系数，而吸力面却沿用传统的叶型用以防止叶背的气流分离]。升力型部收稿日期：2010⋯0904分的叶片数目为3片，弦长为36mm，叶片长度为作者简介：张国臣(1984一)，男，河南周口人，在读硕士，主要研究500mm。阻力型叶轮与升力型叶轮的夹角是方向：航空发动机气动热力学及应用，E—mail：hngchzh@yahoo．con．cn。36。，这样可以保证较低的启动风速。沈阳航空工业学院学报第27卷风力机的每一个工作状态取决于叶片安装角和风速。对应于一个叶片安装角，在每一个风速时，用AKC一215动态扭矩传感器测量风轮的转速、扭矩和功率，并通过TS一5F智能

7、数字测试仪将采集到的数据显示出来。数据采集是通过将TS一5F智能测试仪通过串口与计算机相连，再用串口大师软件将扭矩、转速和功率信息实时采集下来，并进行存储，为减小系统误差，本实验每次采集700余组数据，大约采集1rain，并求其平均图3叶片安装图值。产生的反作用力可以分解为垂直于无穷远来流的升力和平行于无穷远来流方向的阻力。由于一定范围内气流对叶片的反作用力随攻角的增大而增大，因此存在一个最佳攻角，即最佳安装角，在本实验中风力机状态的改变是通过分别对升力型叶片的安装角和安装方式改变来实现的。此外，垂直轴风力机周围流场与风轮的实度和尖速比有关，如图4所示，上风区比下

8、风区的风速