【摘要】：為了減少城市中的大氣污染,風(fēng)能作為一種廉價(jià)的可再生能源受到了廣泛關(guān)注。垂直軸風(fēng)機(jī)是獲得風(fēng)能的一種重要形式,因此人們開展了許多針對(duì)垂直軸風(fēng)機(jī)氣動(dòng)載荷和性能的研究。但是現(xiàn)有研究大多是針對(duì)定常風(fēng)場(chǎng)開展的,目前關(guān)于非定常風(fēng)場(chǎng)中垂直軸風(fēng)機(jī)氣動(dòng)載荷和性能的研究相對(duì)較少。本文采用數(shù)值模擬和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,針對(duì)非定常風(fēng)場(chǎng)中垂直軸風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)載荷及性能進(jìn)行了深入研究。具體研究?jī)?nèi)容如下:采用基于N-S方程的數(shù)值模擬方法,針對(duì)采用NACA 0012和NACA 0022翼形葉片的兩種垂直軸風(fēng)機(jī),開展了風(fēng)機(jī)氣動(dòng)載荷和氣動(dòng)性能的數(shù)值模擬研究。將風(fēng)機(jī)功率系數(shù)的數(shù)值結(jié)果與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果符合較好,從而驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方法的有效性。開展了在非定常風(fēng)場(chǎng)條件下葉片厚度、葉尖速比、來流速度波動(dòng)頻率和來流速度波動(dòng)幅值等參數(shù)對(duì)垂直軸風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能影響的數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明,較大的葉片厚度、葉尖速比和來流速度波動(dòng)頻率有助于提高風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能,而較大的來流速度波動(dòng)幅值會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能的下降。針對(duì)肯尼亞國(guó)內(nèi)兩個(gè)城市的實(shí)際非定常風(fēng)場(chǎng),開展了垂直軸風(fēng)機(jī)氣動(dòng)載荷及性能的數(shù)值模擬研究,并將數(shù)值模擬獲得的功率密度與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比,驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方法的實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。采用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)方法,開展了小型Savonius風(fēng)機(jī)在湍動(dòng)來流條件下的非定常氣動(dòng)特性研究。在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中利用湍流發(fā)生器實(shí)現(xiàn)了湍動(dòng)來流條件,采用旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器測(cè)量風(fēng)機(jī)的扭矩,并進(jìn)一步分析獲得了風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)載荷及性能。結(jié)果表明,湍動(dòng)來流對(duì)風(fēng)機(jī)氣動(dòng)載荷及性能均有影響。本文的研究成果有助于深入理解非定常風(fēng)場(chǎng)條件下的垂直軸風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)載荷、氣動(dòng)性能及其形成的物理機(jī)制,將為考慮非定常風(fēng)場(chǎng)條件的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)和研制奠定理論基礎(chǔ)。
【圖文】：

圖1-4葉片三個(gè)區(qū)域Fig.1-4 The three blade regionsthe blade velocity V, and is given by[13, 35]:W = U∞+ V , (1-1)where blade velocity is defined asV = ωRrotor,(1-2)whereas Rrotoris the rotor radius of the VAWT.From equation (1-1), the relative velocity varies from a minimum to a maximumduring each rotation. The miminum relative velocity can be calculated as[36]:W = (λ 1)U∞(1-3)and the maximum asW = (λ + 1)U∞,(1-4)where

[39].圖1-6 Darrieus升力型風(fēng)機(jī)葉片與風(fēng)的相位關(guān)系Fig.1-6 Free-stream wind direction and orientation of blades on Darrieus lift-based VAWT rotorThe Reynolds number based on free-stream velocity is defined as[37]:Reu∞=u∞cν=ρu∞cμ=ρu∞Lμ,(1-12)whereμis the fluid viscosity,ν =μρis the kinematic viscosity, L is the characteristiclength scale, and c is the blade chord length.- 12 -
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK83
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本文編號(hào)：2711522