小型H型垂直轴风力发电机气动性能分析

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1、西南交通大学硕士学位论文小型H型垂直轴风力发电机气动性能分析姓名：郑云申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：柯坚20081201西南交通大学硕士研究生学位论文第l页摘要小型H型垂直轴风力机由于具有低速性能好、噪声低、安全性高、对环境破坏小、结构简单、成本低廉等优点而拥有很大的市场前景。风轮和发电机是风力发电系统的主要部件，其结构及性能对风力发电系统的风能利用效率有着至关重要的作用。但是，由于缺乏系统的设计及优化方法，导致H型风力发电机的风能利用效率低下的问题一直未得到解决。为此，本文针对H型风力发电机，建立一种对H型风力发电机的优化设计具有重要的实际意义的分析方法，对其进行气动性能分析

2、。本文主要采用基于计算流体力学的数值模拟方法，利用有限体积法对H型风力发电机的气动性能进行计算，并在此基础上研究了影响H型风力发电机气动性能的因素以及风轮与发电机的匹配。论文主要包含三部分的内容：风轮几何模型的建化及计算模型的建立；风轮结构对风力发电机气动性能影响的研究；风轮与发电机的匹配特性研究。采用移动网格技术，对风轮进行瞬态CFD计算，可获得不同状态下风轮的风能利用率及转矩等数据，从而为设计出高效率的风力发电机提供理论依据。对不同来流风速下的风轮功率及扭矩进行计算，输出各风速下风车转速和输出转矩、输出功率之间的关系，将此关系曲线谱与电机特性曲线对应，进而对风轮和发电机的匹配特性进行研究。

3、关键词：H型风力发电机；风轮；计算流体力学；风能利用率；扭矩；匹配西南交通大学硕士研究生学位论文第lI页AbstractWiththecharacteristicsofexcellentlowvelocityperformance，lownoise，highsafety,simplestructure，lowcost，thesmallH-verticalaxiswindturbineprovidesgoodmarketprospect．Thewindwheelandthegeneratorarethekeycomponentsofthewindturbine，whichthestructure

4、andperformancearerelatedwiththeutilizationratioofthewindturbine．Thelackofaccurateoptimizeddesigningmethod，theproblemoflowutilizationratiostillexistsinthewindturbinesystem．AimingatthesmallH—verticalaxiswindturbine，constructingallanalysismethodandanalyzingtheaerodynamicperformanceareveryimportanttothe

5、optimaldesignforthewindturbine．Thisthesismainlyadoptsthenumericalsimulationmethodbasedonthecomputationalfluiddynamics，andanalyzestheaerodynamicperformanceofsmallH-verticalaxiswindturbine，theinfluencefactorsoftheaerodynamicperformanceandthematchingpropertybetweenhewindwheelandthegeneratorisproposedba

6、sedonthisconditions．Thisthesisincludesthreeparts，oneissimplificationofgeometricmodelandconstructingthecomputingmodel，anotheristheinfluenceofwindwheelconstructtotheaerodynamicperformanceofthewindturbine，andlastisthematchingpropertybetweenwindwheelandgenerator．Adoptingthemovingmeshtechnique，finishedth

7、etransientCFDcomputingandgotthevalueoftheutilizationratioandthetorque，thetheoryfoundationwasputforwardfromthedataforoptimaldesignofthewindturbine．Theutilizationratioandthetorquewascomputedatdifferentw