双叶片直线翼垂直轴风力机尾流场研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20151100016硕士学位论（文学生类别：全日制学术型硕士研究生学科名称：机械工程论文题目：双叶片直线翼垂直轴风力机尾流场研究英文题目：SSttuuddyyoonntWheaWkeakoefaofSatrSatirgahigt-hbtl-abdlaedeVdeVrteirctaiclaAlxAisxiWsWinidndTTuurrbbiinneewwiitthhDDoouubbllee--bbllaaddeess学生姓名：杨燕昭导师姓名：郭志平教授李庆安高级研究员二○一八年六月1原创性声明本人声明：所呈交的学位论文是本人在导

2、师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得内蒙古工业大学及其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙古工业大学有权将学位论文的全部或部分内容保留并向国家有关机构、部门送交学位论文的复印件和磁盘，允许编入有关数据库进行检索，也可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。为保护

3、学校和导师的知识产权，作者毕业后涉及该学位论文的主要内容或研究成果用于发表学术论文须征得内蒙古工业大学就读期间导师的同意，并且版权单位必须署名为内蒙古工业大学方可投稿或公开发表。本学位论文属于保密□，在年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：日期：注：非全日制硕士可不填写学位论文版权使用授权书。内蒙古工业大学硕士学位论文摘要近年来，雾霾席卷中国大部分城市，引起广泛关注。风力发电作为清洁新能源得到迅速发展。水平轴风力机受结构限制，其工作环境对风况要求较高，受湍流强度影响较大。然而，城市高楼林立，湍流强度高，致使城市风

4、能发展缓慢。为加快城市风能开发利用，改善城市雾霾污染，都市型风力机成为研究热点。垂直轴风力机具有全风向特性，受湍流强度影响小，成为都市型风力机的最佳机型。然而，垂直轴风力机尾流场结构复杂，受实验技术和基本理论知识限制，研究进展缓慢，仍未形成统一的设计标准。基于此研究不足，论文在前人研究成果基础上，结合不同叶尖速比和叶片翼展截面，从叶尖涡、叶片脱落涡和回转轴卡门涡街角度，对垂直轴风力机尾流场的演变规律展开研究。论文基于日本三重大学风洞实验数据，从压力分布、单叶片转矩系数和功率系数的角度出发，寻求垂直轴风力机CFD数值仿真的最优湍流模型和叶片安装角；基于最优湍流模型和叶片安

5、装角，采用三维数值模型和滑移网格技术，利用Q-准则速度等值面的涡结构理清尾流场中涡的构成；从不同叶尖速比和叶片翼展截面高度的角度，对速度云图、速度大小、风速损失和湍流强度展开研究，探究垂直轴风力机尾流场的演变规律。研究结果表明，从叶片表面压力分布、单叶片转矩系数和功率系数的角度分析可知，采用SSTk-ω湍流模型模拟结果与实验数据拟合度最佳；叶片安装角为β=6°时，获得最优功率系数。根据Q-准则速度等值面涡的构成，垂直轴风力机尾流场主要拥有叶尖涡、叶片脱落涡和卡门涡街；对比三类涡可知，叶尖涡对垂直轴风力机尾流场的影响最大；叶尖速比和叶片翼展截面对垂直轴风力机尾流场的低风速

6、区面积、风速大小、风速损失面积均具有明显影响；然而，叶尖涡对湍流强度分布的影响却不明显，并随着叶尖速比的增加，此影响变得更加微弱。关键词:垂直轴风力机；SSTk-ω湍流模型；叶片安装角；尾流场；叶尖涡I内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractInrecentyears,hazehassweptmostofChina'scities,causingwidespreadconcern.Thewindenergyascleannewenergyhasbeenpaidenoughattention.However,duetothelimitationofitsstructur

7、e,thehorizontalaxiswindturbineisverysensitivetotheturbulenceintensityinfluence.However,duetohighrisingbuildingsstandingreatnumbersandhighturbulenceintensityinurban,thedevelopmentofwindenergyamongcityhighrisesisslow.Inordertospeedupthedevelopmentandutilizationofthewindener