提高Darrieus型风力机风能利用率方法的数值研究

【摘要】：风能是一种绿色无污染的可再生能源，开发利用潜力巨大，同时，风力发电已经成为最具有大规模应用前景的发电方式之一。本文以结构简单、安装维护方便、无需对风系统的直叶片Darrieus型垂直轴风力机为研究对象，应用本课题组研发的一套通用计算流体力学软件，探究了关于提高Darrieus型垂直轴风力机风能利用率的方法，具体工作如下： 1)介绍了Darrieus型垂直轴风力机的研究进展，明确了本文的研究重点在于提高Darrieus型垂直轴风力机的气动性能，并通过三维数值模拟，研究了实度和高径比对风力机风能利用率的影响。 2)针对叶片两端增加不同形状端板的Darrieus型垂直轴风力机的流动情况，利用三维数值模拟方法，根据风能利用率的对比，发现在叶片两端增加合适的端板可显著提高风力机的气动性能，并通过对比叶片表面压力系数的分布和涡量图，得出叶片两端增加合适的端板可使叶尖的复杂流动变得平缓，减少绕流损失的结论。 3)提出了一种在叶片前缘前设置微小圆柱的流动控制方法，并将此流动控制方法应用于低尖速比下运行的Darrieus型垂直轴风力机。通过二维数值模拟，发现在低尖速比下，叶片前缘前设置适当微小圆柱的风力机的风能利用率相比于传统Darrieus型垂直轴风力机的风能利用率有明显提高，并通过对比流线和涡量图，得出在叶片前缘前设置适当微小圆柱可使叶片上原有的大流动分离泡减小的结论。 【关键词】：Darrieus型垂直轴风力机 气动性能 端板 新的流动控制方法
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK83
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 课题来源11
• 1.2 风力资源利用现状11-16
• 1.2.1 国外风力资源利用现状12-15
• 1.2.2 国内风力资源利用现状15-16
• 1.3 几种风力机性能比较16-18
• 1.4 Darrieus 型垂直轴风力机研究进展18-22
• 1.5 论文的主要研究内容22-24
• 第二章 Darrieus 型垂直轴风力机的三维数值模拟24-35
• 2.1 Darrieus 型垂直轴风力机的性能参数24-26
• 2.1.1 风能利用系数24-25
• 2.1.2 叶尖速比25
• 2.1.3 风轮实度25
• 2.1.4 高径比25-26
• 2.2 三维数值模拟26-30
• 2.2.1 本文所用的数值模拟方法26-27
• 2.2.2 计算模型及网格划分27-29
• 2.2.3 边界条件设置及湍流模型29-30
• 2.3 数值方法算例验证30-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 叶片两端增加端板的垂直轴风力机气动性能研究35-54
• 3.1 引言35
• 3.2 实度对风能利用率的影响35-37
• 3.3 高径比对风能利用率的影响37-39
• 3.4 叶片两端加端板对风能利用率的影响39-42
• 3.5 叶片两端加端板的流场分析42-52
• 3.6 本章小结52-54
• 第四章 叶片前缘前设置微小圆柱的 Darrieus 型风力机气动性能研究54-64
• 4.1 引言54
• 4.2 前缘前设置微小圆柱的翼型气动性能54-59
• 4.3 叶片前缘前设置微小圆柱的 Darrieus 型风力机气动性能59-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 结论与展望64-66
• 5.1 结论64-65
• 5.2 展望65-66
• 参考文献66-71
• 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文71-72
• 致谢72

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