不同翼型对垂直轴风力机性能影响

为探明直线翼垂直轴风力机的叶片个数对其起动性的影响,设计制作了可更换叶片个数(1～5枚)的风力机模型,通过风洞实验获得了起动力矩与转角的关系曲线,并与用单叶片力矩模拟的结果进行了对比。接着又制作了1台3叶片小型风力机模型,进行了烟线法可视化实验,获得了不同转角下的风力机周围流场迹线图。两项实验结果表明:增加叶片个数可使风力机平均起动性提高,但叶片间相互影响也增加,不同角度下各叶片周围流场受影响程度不同,对叶片受力和风力机起动力矩的影响程度和趋势也不同。

介绍了基于动量叶素理论的多流管模型对达里厄型垂直轴风力机进行气动性能预测的理论计算方法,并进行了算例计算。计算结果与单流管模型的计算结果以及试验结果的对比分析表明了多流管模型在性能预测方面的优越性,其结果更加可信。同时,分析了叶轮实度、雷诺数以及风剪切效应对风力机性能的影响,并对该计算模型的适用范围进行了讨论分析。

针对基于叶素理论对同步变桨垂直轴风力机进行性能分析的问题,研究了叶素理论和双盘面多流管模型,阐述了这些模型所做的假设和所适用的领域.分析了双盘面多流管模型的流管宽度特征,指出了该特征即为其在运算中出现不收敛现象的原因,针对该特征进行了改进后,可以明显改善运算不收敛现象并且提高计算速度.对同步变桨垂直轴风力机进行了理论分析,验证了其近似最优特性,得出了其性能在尖速比0.6附近最优的结论.进行了风力发电实验,理论结果与实验数据的对比验证了改进方法的可行性.

垂直轴风力发电机气动性能研究

采用风力叶轮直接驱动盘式发电机的方式,针对一种垂直轴螺旋式风力叶轮进行旋转状态下的动态特性试验研究,分别在自然风条件下和拖车试验条件下(来流速度为1～12m/s),对试验装置的空载转速、空载电压进行测定,并对叶尖速比进行统计分析。研究结果表明:在自然风条件下,风速波动大,导致瞬态采集的风速与风轮转速不对应;在拖车试验条件下,来流速度相对稳定,且较易控制,风速与输出电压的对应关系较为明显。研究结果为相应的控制系统的设计与优化提供了参考。

垂直轴风力发电机研究报告 1.垂直轴与水平轴对比 垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机相比，有其特有的优点： ①水平轴风力发电机组的机舱放置在高高的塔顶，而且是一个可旋转360 度的活动联接机构，这就造成机组重心高，不稳定，而且安装维护不便。垂直轴 风力发电机组的发电机，齿轮箱放置在底部，重心低，稳定，维护方便，并且降 低了成本。 ②风力发电机的客户越来越需要使用寿命长、可靠性高、维修方便的产品。 垂直轴风轮的翼片在旋转过程中由于惯性力与重力的方向恒定，因此疲劳寿命要 长于水平轴风轮；垂直轴风力发电机的构造紧凑，活动部件少于水平轴风力机， 可靠性较高；垂直轴系统的发电机可以放在风轮下部甚至地面上，因而便于维护。 ③风力发电机由于高度限制和周围地貌引发的乱流，常常处于风向和风强变 化剧烈的情况，垂直轴风力发电机有克服“对风损失”和“疲劳损耗”上有水平 轴风力发电机不可比的优点，且理论风

风切变是风的典型特征之一.在风场建设和风力机设计与安装时,风切变的因素往往被忽略,从而造成风力机的功率损失.为此,基于对数律分布的风切变模型,以真实的风场情况为例,模拟风切变状态和额定功率为1.5mw的风力机,就风切变对风力机功率的影响进行了详细的研究.结果表明,风切变引起的风力机总功率损失由风场风含功率损失和风力机设计功率损失两部分构成.提出了对应于由风切变所引起的影响的解决方案,可为风场的建设和风力机的设计与安装提供参考.

基于垂直轴风机的风光一体发电机

基于垂直轴风机的风光一体发电机 (2)

叶片是风力发电装置的关键和核心部分,玻璃钢是风力发电机叶片的首选材料,玻璃钢叶片多采用拉挤工艺的方法生产。叶片的质量与材料的配方、加热温度、拉挤速度和拉机过程中的运动平稳性有关,设计性能优良的拉挤设备是保证叶片质量的关键。

转捩效应对叶片气动特性产生重要影响。考虑了转捩效应,采用sst全湍流模型和gamma-theta转捩模型对安装有涡流发生器的du91-w2-250叶片微段进行了三维计算,并与文献试验数据对比,研究了转捩对风力机涡流发生器气动性能的影响规律。结果表明:在攻角0°~22°范围内,转捩模型计算的升力系数与试验值吻合更加良好,最大误差仅为7.9%;全湍流模型在攻角大于18°,升力系数最大误差达23.1%。转捩模型计算的升阻比曲线与试验值基本吻合,全湍流模型最大误差达51.8%。全湍流模型计算的叶片分离区尺寸明显大于转捩模型的,转捩效应使叶片分离区域变小,起到延迟失速的作用。在5°小攻角下,转捩发生在涡流发生器下游;在14°攻角下,转捩发生在涡流发生器上游,转捩模型能准确捕捉到叶片前缘的分离泡。

作为暴露在自然环境中的风力发电机,不可避免地会受到雷电的影响,造成经济损失.因此,如何设计风电机组的防雷接地,是垂直轴风机需要考虑的重要问题之一.常规的深埋接地电阻和使用降阻剂来降低接地电阻的办法,需要庞大的费用支出.文中针对垂直轴风机这种新型风机形式进行了防雷接地设计,并进行了后续测量验证.研究结果表明,土壤电阻率在防雷接地设计中起关键作用,在进行地锚点选址时,应首先测量风机周围土壤的电阻率,选择电阻率偏低的位置作为地锚点,以便达到节省费用,降低接地电阻的目的.

阐述了风力机噪声的传播、衰减和针对噪声的评估准则,以及风力机噪声的测量原理。针对风力机噪声测量测点布置进行了优化,给出了风力机噪声的测量实验方案和装置,并且采用自由声场法对风力机噪声进行了测量,得出了风力机噪声和周围环境噪声之间的合成声压级。

为求得理想风力机的功率系数随尖速比和翼型升阻比变化的表达式,作为实际风力机功率系数的理论极值,采用叶素—动量理论,推导出理想叶片弦长公式;沿理想叶片翼展积分,得到功率系数表达式。在该表达式中令阻力系数为0,得到与尖速比关联的功率系数极限公式;进一步令尖速比趋近于无穷大,得到贝兹极限(16/27)。为给出实际风力机功率系数极限值,以及为便于理论分析,对升阻比在10～1000和尖速比在1～10范围内的理想风力机的功率系数进行详细计算,给出了数据表格。研究结果表明,理想风力机的功率系数仅是尖速比和升阻比的函数,只有当尖速比和升阻比都趋近于无穷大时功率系数才趋近于贝兹极限。研究还表明,升阻比小于100的实际风力机的功率系数不可能超过0.538,如果考虑有限叶片数和叶片形状的影响,实际风力机的功率系数难以超过0.500。

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以符合城市粗糙大气边界层的速度剖面为入口边界条件,采用realizablek-ε湍流模型对北方地区常见的、顺列布置的斜屋顶、金字塔屋顶、三角形屋顶及平屋顶建筑物群顶面上方的流动形式、风速及湍流强度分布特征进行了模拟计算,结果表明:平屋顶最利于屋顶风力机的安装,其次为金字塔屋顶,最差为斜屋顶和三角形屋顶;对于金字塔屋顶、斜屋顶和三角形屋顶这些非平顶建筑物,不合适安装低于屋顶最高位置的屋顶风力机,且可优先考虑将屋顶风力机安装于屋檐;为了避开强湍流区域,以上四种屋顶形状顶面屋顶风力机的安装高度不得低于1.1h;在建筑物群内,当安装高度高于1.2h后,屋顶风力机安装于第一排建筑物顶面任何位置时都可避开屋顶的强湍流区域,而此排建筑物顶面风速达到来流风速的高度随着屋顶形状的不同而不同;当安装高度高于1.5h后,可忽略屋顶形状的不同,将屋顶风力机安装于群内所有建筑物顶面任何位置。

为了研究流场的空间分布特点,建立了垂直轴潮流水轮机在水槽中的物理模型,采用fluent软件中的滑移网格技术对模型的流场进行了三维数值模拟,分析了不同时刻不同截面上模型速度场的变化规律以及同一时刻不同直线上模型速度场和压力场的分布特点。结果表明,叶轮在水槽中旋转,所处位置不同,流场的分布有所差异,流动充分后,流场的变化具有周期性;叶轮内部速度场的变化最为紊乱,叶片周围的速度发生急剧变化;叶轮在旋转过程中产生漩涡,叶片迎流面的压力急剧上升,背流面的负压最为强烈。

采用双向多流管理论计算风力机风轮气动性能参数，获得在不同风轮设计参数下风轮的功率。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，得到对直叶片垂直轴风机风轮参数进行优化的一组最优解。

垂直轴风力发电机(简称垂直轴风力机)无需偏航装置,结构简单,维护方便,成本低,发展前景广阔。介绍了垂直轴风力机的种类,阐述了垂直轴风力机翼型的设计方法、气动性能、翼型分析和设计常用软件以及国内外翼型研究现状,总结了垂直轴风力机叶片翼型研究中存在的问题,并提出相应的对策,对垂直轴风力机的发展给出了一些建议。

垂直轴风力机中升力型风机效率高但一般不能自启动,阻力型风机效率低但易启动。根据两种不同类型的垂直轴风力机各自的特点,采用超越离合器作为连接件,设计制作了一种由darrieus风力机和savonius风力机组成的组合式风机模型。在对有无加装s型风机进行了启动风速、输出功率的性能对比后发现,加装s型后的启动风速更低,而输出功率则差别不大。

针对垂直轴风力机自启动性能差和风能利用率低的问题,提出一种新型自动变桨距垂直轴风力机方案。结合垂直轴风力机叶片攻角变化及翼型气动力特性,制定了一种最优叶片桨距角变化模式。根据叶素理论,计算得到了采用该变桨距模式在低叶尖速比和高叶尖速比时的叶轮扭矩系数,结果表明,采用该变桨距模式可有效增大垂直轴风力机的启动力矩以及提高其风能利用系数,为进一步开发自动变桨距垂直轴风力机奠定了研究基础。

利用数值计算方法研究了一种典型的大高径比垂直轴风力机叶片动态失速现象。在验证数值计算方法可靠的基础上，结合速度矢量图和涡量图，研究了8m／s风速时风力机在不同尖速比下叶片动态失速现象以及风轮尺寸改变时风轮动态失速流场及其对风力机功率系数的影响规律。研究表明，尖速比过低，增大弦径比和叶片数均导致叶片动态失速和气流分离呈现加剧趋势，削弱风力机的气动性能。对用于城市风力发电的大高径比垂直轴风力机，应使其在最佳尖速比下运行，同时控制弦径比在0．2—0．4之间，叶片数为3或4，以获得较好的气动性能。