【摘要】：隨著人類社會(huì)環(huán)境問題和能源問題的日益嚴(yán)峻,風(fēng)能等可再生能源開始被人類大規(guī)模開發(fā)。風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能最主要的一種利用形式,風(fēng)力發(fā)電機(jī)按主軸與地面的相對(duì)位置分為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)兩類。目前水平軸風(fēng)力機(jī)研究應(yīng)用最為廣泛,其理論已經(jīng)比較成熟。近幾十年來(lái),垂直軸風(fēng)力機(jī)的研究和應(yīng)用開始受到世人的關(guān)注,但風(fēng)能利用率低的缺點(diǎn)始終制約著它的發(fā)展。本文就是以升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)為研究對(duì)象,以提高其風(fēng)能利用率為目的而進(jìn)行研究。 為提高升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率,本文將變槳距技術(shù)應(yīng)用于升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)中,對(duì)風(fēng)力機(jī)不同方位角下的槳距角進(jìn)行優(yōu)化選擇,得到變槳距角曲線,通過(guò)改變槳距角的大小,使葉片在不同的位置獲得合適的攻角,進(jìn)而獲得較大的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩,從而改善其氣動(dòng)性能,達(dá)到提高垂直軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)的目的。 論文首先介紹了風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)的基本理論,然后詳細(xì)分析了垂直軸風(fēng)力機(jī)變槳距原理;接著利用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent,對(duì)垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行了氣動(dòng)性能仿真,分析了攻角對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)性能的影響規(guī)律;對(duì)不同槳距角下的定槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)進(jìn)行了氣動(dòng)性能仿真,得到了定槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)單葉片扭矩曲線和風(fēng)能利用率—葉尖速比曲線(Cpλ曲線);通過(guò)分析垂直軸風(fēng)力機(jī)單葉片扭矩的變化規(guī)律,確定了槳距角的優(yōu)化選擇原則,得到了不同葉尖速比下的變槳距角曲線。最后利用Fluent對(duì)變槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)進(jìn)行氣動(dòng)性能仿真,得到其最大風(fēng)能利用率為0.495,與定槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)相比提升率達(dá)32.4%。 為了與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,論文設(shè)計(jì)、研制了垂直軸風(fēng)力機(jī)實(shí)驗(yàn)樣機(jī),同時(shí)進(jìn)行了葉片氣動(dòng)性能實(shí)驗(yàn),得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文中在水平軸螺旋槳式風(fēng)力機(jī)上，所以達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)的出現(xiàn)并未引起風(fēng)能界很大的重視。緊接著，，第二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)使全世界風(fēng)能技術(shù)的發(fā)展都處于停滯。戰(zhàn)后至 20 世紀(jì) 60 年代，廉價(jià)石油的大量使用又使包括風(fēng)能在內(nèi)的所有可再生能源都沒有受到重視。

a) Mag-Wind 公司的風(fēng)力機(jī) b) Clean field Energy 公司的風(fēng)力機(jī)圖 1-2 兩種投入市場(chǎng)的垂直軸風(fēng)力機(jī)自 2000 年以來(lái)，垂直軸風(fēng)力機(jī)迎來(lái)了第三次發(fā)展高峰，特別是直線翼達(dá)里厄垂直軸風(fēng)力機(jī)的研究和應(yīng)用受到了北美、歐洲和日本等國(guó)家和地區(qū)的關(guān)注，同時(shí)許多形狀各異的商用中小型垂直軸風(fēng)力機(jī)被成功投入市場(chǎng)。比如，美國(guó)的 Mag-Wind 公司和加拿大的 Clean field Energy 公司推出了可安裝于屋頂?shù)拇怪陛S風(fēng)力系統(tǒng)（圖 1-2）；法國(guó)的 Gual industrie 公司、芬蘭的 Windside 公司和意大利的 Ropatec AG 等公司推出了改良后的阻力型垂直軸風(fēng)力機(jī)，尤其是芬蘭 Windside 公司的 WS 系列風(fēng)力機(jī)可以在極端惡劣的氣候環(huán)境中工作。在日本，東海大學(xué)的暍和市教授從 1976 年就開始從事直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)的研究，開發(fā)了 TWT 系列風(fēng)力機(jī)葉片專用翼型（圖 1-3），在日本各地安裝了多臺(tái)樣機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，并且在日本大力推廣這種風(fēng)力機(jī)[6-15]。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TK83

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張立勛;張松;焦啟飛;郭健;;Darrieus風(fēng)力機(jī)的動(dòng)態(tài)氣動(dòng)性能實(shí)驗(yàn)方法[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年05期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 孫瑛;垂直軸柱狀葉片風(fēng)力機(jī)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

2 劉小紅;變槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能分析[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

3 鄭旭陽(yáng);垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的建模與變槳距研究[D];太原科技大學(xué);2013年

4 陳先進(jìn);擺線推進(jìn)器結(jié)構(gòu)及性能優(yōu)化研究[D];浙江大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2648852