垂直轴风力机叶片在不同安装角下的性能研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20121100142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：热能工程论文题目：垂直轴风力机叶片在不同安装角下的性能研究英文题目：ThePerformanceStudyofVerticalAxisWindTurbineBladesunderDifferentInstallationAngle学生姓名：蔚蕾导师姓名：陈永艳副教授二○一五年六月内蒙古工业大学硕士学位论文摘要目前，经济迅速发展，而同时它也带来了另一个严峻的问题，那便是生态环境的恶化。在符合相关政策的前提下，大

2、力发展可再生能源已成为国际社会共同关注的热点。但是，单独的开发风能、太阳能会存在一些如成本高，运行不稳定等的因素，因此，如何将二者进行合理的结合，从而达到资源的最优利用，也是当今的研究重点。风光互补发电系统可以有效的克服二者存在的一些缺点，具有重要的实际意义。风光互补系统中所使用的风力机的性能是影响该系统整体效率的重要部件。风力机发电机按照不同的分类标准可以分为很多类别，按照其旋转轴与地面的位置关系将风力机分为两类，一类是水平轴风力机，另一类是垂直轴风力机。与水平轴风力机不同，垂直轴风力机可以利用任何方向的来流风，不需要调向装

3、置，在结构设计及加工制造上相对简单。因此，在风光互补系统中使用垂直轴风力机具有重要的价值。本文以典型的H型升力型垂直轴风力机为研究对象，并以呼和浩特为其工作地点，首先设计了所研究风力机的主要结构参数，并对其叶片及实验所用到的部件进行加工。接下来运用计算流体动力学的方法分别对不同安装角下风力机的运行情况进行了三维数值模拟，得到不同工况下风力机的风能利用率与尖速比、风力机的扭矩与转速以及风力机的功率与转速的变化曲线。结果表明对于所设计的风力机，当安装角为2°时它的气动性能是最优的。接着分析了当风力机处于最佳安装角时风力机旋转一周的

4、流场图。对比分析了不同安装角时风力机表面的压力分布情况，结果表明叶片的内外压差是影响风力机运转的重要因素，当安装角为2度时更利于风轮旋转。最后根据流体相似准则，对所设计的H型风力机进行了适当的缩小，通过选择合适的叶片材料及连接方式，在内蒙古工业大学的能源基地进行了风洞实验。由于实验中存在多种因素的影响，所得实验结果的数值小于理论计算值，但总体变化趋势是一致的。总结全文可以得出，对于同一H型垂直轴风力机而言，叶片安装角对风力机的气动性能影响较大。在实际的风力机运行之前，必须对所应用的风力机进行安装角下的模拟计算或者是进行相应的实

5、验验证，进而使风光互补中的风力机在最佳的状态下运行，达到要求的输出功率。关键词：H型风力机；叶片设计；数值模拟；风洞实验I内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractAtpresent,therapideconomicdevelopment,whileatthesametimeitalsobringsanotherseriousproblem,thatisthedeteriorationofecologicalenvironment.Onthepremiseofcomplywithrelevantpolicy,vigorousl

6、ydeveloprenewableenergyhasbecomeahottopicoftheinternationalcommunity.HoweverSeparatedevelopmentofwindenergyorsolarenergyhassuchashighcost,operationinstabilityfactors,Therefore,howtoeffectivelycombinatethem,soastoachievethemostuseofresources,hasbecometheresearchfocus

7、nowadays.Wind-lightcomplementarysystemcanovercometheirdrawbacks,hasimportantpracticalsignificance.Performanceofwindturbinesisanimportantfactorintheimpactofwindandsolarpowergenerationsystem.Followtheinstallationwindturbinescanbedividedintotwotypesofhorizontalandverti

8、calaxes.Comparedwiththehorizontalaxiswindturbine,Verticalaxiswindturbinecanutilizewindfromanydirection,anddon’tneedtransferreddevice,relat