兆瓦級(jí)升阻復(fù)合型垂直軸風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)特性及結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、垂直軸風(fēng)力機(jī)相對(duì)水平軸風(fēng)力機(jī)有無需對(duì)風(fēng)的天然優(yōu)勢(shì)，而且升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率也可以達(dá)到與水平軸風(fēng)力機(jī)相同的水平，但目前卻少有大功率的垂直軸風(fēng)力機(jī)出現(xiàn)。阻礙其大型化的主要原因在于：升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)的啟動(dòng)困難以及大型風(fēng)輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)困難。為解決此問題，本文設(shè)計(jì)了新型升阻復(fù)合方式的兆瓦級(jí)垂直軸風(fēng)力機(jī)，并對(duì)其氣動(dòng)特性和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。
　　基于垂直軸風(fēng)力機(jī)的致動(dòng)盤理論和多流管理論，結(jié)合升阻復(fù)合型風(fēng)輪的特點(diǎn)，并綜合考慮升力葉片及阻力

2、葉片的各項(xiàng)參數(shù)對(duì)風(fēng)輪氣動(dòng)特性的影響，建立了分區(qū)域計(jì)算的多致動(dòng)盤多流管理論模型，便于觀察風(fēng)輪各參數(shù)的作用機(jī)理和高效地計(jì)算風(fēng)輪的平均功率系數(shù)。
　　針對(duì)理論模型難以考慮到各葉片之間相互影響的不足，采用FLUENT數(shù)值模擬的方法，對(duì)9種不同升阻復(fù)合風(fēng)輪模型進(jìn)行了啟動(dòng)性能、運(yùn)行效率、極限工況受力狀態(tài)等方面的研究。發(fā)現(xiàn)阻力葉片尺寸越大、距主軸越遠(yuǎn)均會(huì)使風(fēng)輪的啟動(dòng)性能提升、運(yùn)行效率下降，并分析了其原因。將升阻復(fù)合型風(fēng)輪與傳統(tǒng)的純升力型風(fēng)輪相比

3、較，結(jié)果表明采用升阻復(fù)合型風(fēng)輪對(duì)啟動(dòng)性能提升顯著。將本文建立的多致動(dòng)盤多流管理論模型的計(jì)算的功率系數(shù)與數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在低尖速比時(shí)比較準(zhǔn)確，而在高尖速比時(shí)功率系數(shù)偏高，得到了理論模型的適用范圍。
　　為解決兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的困難，針對(duì)2MW升阻復(fù)合型風(fēng)力機(jī)，對(duì)比了多種風(fēng)輪整體方案和連接臂構(gòu)型，進(jìn)行優(yōu)選，依次設(shè)計(jì)校核了連接臂部分、主軸部分的鋼結(jié)構(gòu)部件，并設(shè)計(jì)了升力葉片和阻力葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、鋪層材料及連接方式，