H型垂直轴风力机气动设计参数分析

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1、万方数据H型垂直轴风力机气动设计参数分析王子云1’2，钟星灿1。喻渝1(1．中铁二院工程集团有限责任公司，四川I成都610031；2．西南交通大学，四川成都610031)摘要：采用多流管模型分析了H型垂直风力机展弦比和实度对其功率系数的影响，并对叶片旋转过程中攻角随尖速比的变化进行了分析。结果表明，在H型垂直风力机气动设计中展弦比为15时，其最大功率系数为屣向无限长时的最大功率系数的88．O％；而实度在O．1一O．3时最大功率系数较大。关键词：垂直轴风力机；多流管模型；实度；尖速比；展弦比中图分类号：TK83文献标识码：B文章编号：1004—3950(2009)06—0031—03Ana

2、lysisondesignparameterofH·typeverticalaxiswindturbineWANGZi．yun‘一。ZHONGXing．conl．1，Uh1(I．ChinaRailwayEryuanEngineeringGroupCo．，Ltd，Chengdu610031，China；2．SouthwestJiaotongUniversity，Chengdu610031，China)Abstract：TheinfluenceofsolidityandaspectratioonpowercoefficientofH—typeverticalaxiswindturbine，a

3、ndthechangeofattackanglewithtipspeedratiowereanalyzed．Theresultsshowedthatthemaximalpowercoefficientoffi·niteaspectratioairfoilwithaspectratioequalto15was88．O％ofinfiniteaspectratioairfoil．andthemaximalpowercoefficientwashigherwithsolidityin0．1—0．3．Keywords：verticalaxiswindturbine；multiplestreamtu

4、besmodel；solidity；tipspeedratio；aspectratio0引言近年来国内外开始重视对达里厄型(Dar-rieus)垂直风力机的研究，达里厄风力机的特点是不需要对风装置，传动和载荷部件可安装在地面，因此可更方便地配合各种类型的载荷，如发电机、水泵、热泵和搅拌设备等。文献[1]对H型垂直轴风力机叶尖速比进行了分析，重点讨论了攻角的变化规律，文献[2]对中型达里厄风力机气动设计参数进行了分析，提出优化方案，本文采用多流管模型结合部分经验公式，就目前国内普遍关注的H型垂直轴风力机气动设计参数进行分析，为其优化设计提供参考。1多流管理论模型度，可以满足下程应用Ho。如

5、图l所示，将转子盘面以旋转角度0划分成若干个独立的流管，流管叶素平均推力系数为C岫∥(箸)(静)2(-cn一鑫)㈩式中：Ⅳ为叶片数；c为弦长，m；D为旋转直径，nl；U。为叶片通过流管处的气流合成速度，m／s；U。为来流速度，m／s；C。为切向力系数；C。为法向力系数；0为旋转角度。多流管模型‘33是由STRICKLANDJH于图1多流管模型示意1975年提出的，相对单流管模型，具有更高的精收稿日期：2009一09一03基金项目：中铁二院科技攻关项目(09175011)作者简介：王子云(1972一)，男，甘肃景泰人．博士，主要从事再生能源利用研究。绺缛乒程2009年，第6期一3l一万方数

6、据根据动量定律有：Clhr。。。=4a(1一o)(2)式中：a为速度诱导因子。由(1)式和(2)式通过迭代计算，可得速度诱导因子口，其中C。，C。计算根据特定翼型空气动力学特性确定。然后根据下式确定功率系数：铲箸小学㈩式中：A为尖速比，A=轰暑；∞为旋转速度，rad／s；m为流管数。叶片采用NACA0015翼型，其空气动力学特性参数参照文献[5]，主要分析翼型有限展向长度的修正和实度筹对风力机性能的影响，以及叶片旋转一周最大攻角随尖速比的变化。2有限展向长度对C。的影响展弦比A=兰(其中b为展向长度)对H型垂直风力机性能的影响，主要体现在翼型空气学性能参数是在无限长假设下得到的，而应用于

7、有限长度的风力机时需要进行动力学性能参数的修正，参照文献[6]中对翼型失速前的有限长度翼型动力学特征修正经验公式如下：CL=C7。(4)c。：C'D+黑a“+关系数，当A≤50时，CD。。。=1．1l+0．018A；A>50时，C。。。。=2．Ol；Or。为有限长度翼型失速攻角；C。。和c吣分别为有限长度翼型失速攻角下的升力系数和阻力系数。采用数值方法进行求解，得到A分别为5、15、30、50以及无限大情况下的功率系数，见图2^，．