直叶片垂直轴风机气动设计参数分析

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1、机械设计与制造第9期MachineryDesign&Manufacture2012年9月文章编号：1001—3997(2012)09-0066-03直叶片垂直轴风机气动设计参数分析：l：汤双清徐艳飞朱光宇(三峡大学机械与材料学院，宜昌443002)AnalysisonDesignParameterofStraight-BladedVerticalAxisWindTurbineTANGShuang-qing，XUYan-fei，ZHUGuang-yu(Mechanica1andMaterialEngineeringColle

2、ge，ThreeGorgesUniversity，Yichang443002，China)【摘要1采用滑移网格技术对直叶片垂直轴风机风轮进行二维非定常数值模拟，获得在不同风轮设计参数下风轮的转矩。通过以风轮功率最大为性能指标，选取对风轮功率有直接影响的叶片安装半径、叶片弦长、叶片数和叶片高度四个主要因素作为自变量，采用正交试验优化设计方法对风轮参数进行优化。对正交试验结果进行极差分析。结果表明直叶片垂直轴风机风轮空气动力性能最优的一组风轮参数为R：1．05m，N：5，C：0．14m，H：1．4m。所得到的最优解与一般优化设

3、计所得的结果类似，能够达到对直叶片垂直轴风机风轮进行优化的目的。关键词：直叶片垂直轴风机；二维流场模拟；正交试验设计；极差分析【Abstract】2Dnumericalsimulationonunsteadyrotatedflowofosmallstraight—bladedverticalaxiswindturbineiscarriedOnbasedonmovingmeshesbyme(1~oftheso,wareFluent．Thetorqueofthewindturbineisobtainedunderdiferen

4、tdesigningparameters．emaximumpowerofthewindturbineisselect—edasthepe咖rrna~cetarget．强eradiusoftheblade，thebladechord,thenumberofthebladeandtheheightofthebladehavegreatinfluenceonthepowerofthewindturbine，andthefourmainfactorsarese—lected∞variables．Anorthogonalexperi

5、mentoptimumdesignmethodologyisadoptedforoptimizingthepa-rametersofthewindturbine．Theorthogonalexperimentresultisprocessedbytherangeanalysis．Thecon—clusioncanbemadethattheoptimumparametersontherotorbyorthogonalexperimentoptimumdesignareR=I．05m，N=5，C=0．14m，H=I．4m．Th

6、eoptimumsolutionissimilartothesolutionbyotheroptimumde—signs．Itcartnthegoaltooptimizethestraight-bladedverticalaxiswindturbine．KeyWords：Straight-BladedVerticalAxisWindTurbine；2DNumericalSimulationsofTheFluidField；OrthogonalExperimentOptimumDesign；RangeAnalysis中图分类

7、号：TH16文献标识码：A1引言压缩流体日，采用雷诺(Reynolds)平均法，求解雷诺时均(RANS)方程，连续方程和动量守恒方程描述如下口：拿+吼：0(1)虽然水平轴风机是目前世界上的主流风机，其技术已经发展ouj的比较成熟。但是随着科学的发展．垂直轴风机越来越得到广泛的(oui+_]J_OP关注，与水平轴风机相比有许多优点。研究垂直轴风机风轮的空气0t+：一¨(2)．动力学性能是垂直轴风机总体与结构设计的基础和关键，直接影响式中：P一流体密度；甄、方向矢量、u厂速度矢量；—湍动到整个风机的风能利用率【l】。使用基于有

8、限体积法(FvM)的商业黏度；力；．s．一源项。软件Fluent，对风机叶片的绕流情况进行了二维数值模拟，得到风轮的转矩。在风轮中，叶片安装半径、叶片弦长、叶片数和叶片湍流模型采用k-e低雷诺数双方程湍流模型，约束方程描高度是影响风轮效率的主要因素。为此以风轮转矩最大为性能指述如下：标，选取对风轮转矩有