垂直轴阻力型风力机功率计算与Fluent数值模拟.pdf

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1、垂直轴阻力型风力机功率计算与Fluent数值模拟赵炜，李涛。(1．昆明理工大学机电工程学院，云南昆明650093；2．昆明船舶设备集团有限公司，云南昆明650051)尊PowerCalculationandNumericalSimulationofDrag—typeVerticalAxisWindTurbineZRAOwti．LITaoz(1．FacultyofMechanica~atidEricEngineering，sKunmingUniVersity．ofScienceandTechnology·Kunming650093

2、·China；2．KunmingShipbuildingEquipmentCorporationLimited·Kunming650051．China)!摘要$以一小型风力机作謇捌，~_／tl2奔方汽分引言别计算垂直轴阻力型风力机的风能利用率。一种方法是通过对风力机叶片受力分析，利用风力和功率。垂直轴风力机一直以来就较少受到人们的关计算公式，借助Matlab工具计算；另一种方法是利注，但是，随着科技的发展，很多研究者又开始重视用Fluent软件分析风力机在给定风速下的气动性它的优缺点。近些年来，垂直轴风力机，特别是小型能，仿真叶

3、片气动流场流态，并计算叶轮的扭转力矩垂直轴风力机，取得了很大的研究进展。国内外都和风能利用系数等参数。比较2种方法的优缺点，出现了许多商用小型垂直轴风力机，其中许多已经有助于垂直轴风力机的设计研发。成功打人风力发电市场。垂直轴阻力型风力机，作关键词：垂直轴；阻力型；风力机；数值模拟；气为垂直轴风力机中最简单的一种型式，既可以用于动性能风力发电，也可以用于风速测量，如风杯式风速计。中图分类号：TK83一因此对其发电功率的精确计算，以及风能利用评价文献标识码：A和风力机结构的研究，可以为其它复杂垂直轴风力文章编号：1001—2257

4、(2O1O)O1—0068一O4机的研发提供有益的借鉴【¨。Abstract：Takingasmalldrag—-typevertical1垂直轴阻力型风力机原理axiswindturbineasexample，theefficiencyofthedrag—-typeverticalaxiswindturbinewascalculat·如图1所示的风杯形风速表，它是最简单的阻edbytWOdifferentmethods．WithanalysisofthebladestresssituationandbyMatlab，thefi

5、rstmethodhaspresentedtheformulaofforceandpower，inthelatter，theFluentsoftwarewasusedfornumericalsimulationoftheaerodynamicper—formanceforwindturbinesatgivenwindspeed．Thepneumaticflowfieldofthebladewassimula-ted，torsionaltorqueandtheefficiencyoftheblade图1风杯形转予wheelwere

6、calculated．Thecomparisonoftwo力差型风力机。从迎风方向上来看，风杯形转子的methodswillmakeaxiswindturbinebetter．形状并不对称。这使得气流的作用力差别较大，因Keywords：verticalaxis；drag—type；windtur—此能使其转动。bine；numericalsimulation；aerodynamicperform—设P为空气密度；V为气流速度；S为叶片面积ance(S一翼弦长×翼型的长度)；C为空气动力系数，气动力的表达式为：1F=÷pSV2c

7、收穑日期I2009—09—16’·68·《机械与电子}2010(1)当气流作用在半球的凹面时，空气动力系数C为F脱；阻力系数为c；叶片的平均计算风速为等于1．33；而当气流作用在半球凸面时，C值仅为Vrz；相应的雷诺数为。0．34。这样看来，由于部件的不对称而引起空气阻c．定义风力机得到的风能总功率为P；风力机力不同，气流在整机上的作用效果相当于产生了一实际获得的功率为P；风力机的风能利用系数为个绕中心轴的转矩，所以能够使风轮转动。C；叶轮在￡时刻转过的角度为。S型风力机(如图2所示)是阻力型风力机中的叶片运动如图4所示。经典型

8、式，它的工作原理与风杯形风力机类似。首先气流作用在叶片的凸面与凹面的力不同，除此之外，部分气流被叶片偏转180。后，对风轮形成一个附加的空气动力矩【2]。图4叶片运动俯视计算之前作以下2点说明：a．建立随风力机旋转的叶片的坐标系，把各叶片的速度分解为径向和法向2