导　　师： 陈颖; 陈佰满

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 广东工业大学

摘　　要： 随着化石能源的逐渐枯竭,风能以其清洁、可再生的优势越来越受到人们的关注。垂直轴风力发电机组以其独特的结构和良好的风能利用系数发展空间而受到研究者的关注。本文对垂直轴式风力机的原始翼型进行了改进,将翼型制成了开设流道翼型。在此基础上,本文采用FLUENT软件对原始翼型和改进型翼型的组合扭矩和综合性能进行了分析,并对原始翼型和开设流道翼型的性能进行了比较,最后对装有原始翼型和开设流道翼型的垂直轴风力发电机进行综合性能分析。本文首先对风力机进行了分析,介绍了水平轴风力机和垂直轴风力机,比较了两种风力机的优缺点,挖掘了其研究现状。垂直轴风力机是一种将风能转化为电能的装置。目前水平轴风力机存在的主要问题是风能利用系数低、自启动性能差。本文介绍了一种具有较好的启动性能和较高的低叶尖速比风能利用系数的垂直轴风力机,使垂直轴风力机可以在城市地区使用。然后,利用流体力学基础理论、风力机基本理论对翼型和风力发电机进行理论分析,为数值模拟提供理论依据。本文以NACA4415为基础翼型,在NACA4415翼型上下两侧开设流道,并且在翼型的前端设置能自动开闭的挡板,来实现升力型风力发电机和阻力型发电机的切换,提高风力发电机综合性能。利用Fluent软件对开设流道的升阻力翼型和NACA4415翼型在不同叶尖速比、风速、攻角下的流动状态进行数值模拟,并对两种翼型组成的垂直轴风力机进行了数值模拟,在翼型外围边界采用First Length四边形结构网格,可使翼型周围处的网格划分密集,较远处网格划分疏松;翼型内部流道采用三角形非结构化网格,三角形网格有较好的适用性,能够适应不规则的形状,从而提高模拟精度,降低模拟量。综合考虑流体的特性、计算精度和计算时间,本文选择Spalart-Allmaras模型和RNG k-ε模型对翼型进行静态模拟。根据仿真结果和力学理论分析结果表明:升阻力翼型在自启动性能上优于NACA4415翼型,在低尖速比范围内风能利用系数优于NACA4415翼型,但在高尖速比范围内风能利用系数差于NACA4415翼型,气道角度的改变会对升阻力翼型的空气动力特性产生影响,气道角度为15度的升阻力翼型具有最佳的空气动力特性。当垂直轴风力机应用于城市发电时,升阻力翼型具有更大的优势和前景。更多还原

关 键 词： [1011918]翼型 [4475628]流道 [3031912]气动性能 [2271244]数值模拟 模型

分 类 号： [TM315]

领　　域： []