三种流动控制方法对H型垂直轴风力机性能影响的对比分析

作     者：刘永飞 陈微圣 孙晓晶 Liu Yongfei;Chen Weisheng;Sun Xiaojing

作者机构：上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093 

出 版 物：《太阳能学报》 (Acta Energiae Solaris Sinica)

年 卷 期：2024年第45卷第3期

页      面：105-115页

核心收录：

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(52176194) 

主　　题：数值模拟 垂直轴风力机 流动控制 吸气 气动性能 

摘      要：采用数值模拟的方法,分别以基于NACA0021和NACA0018翼型表面带吸气缝叶片的升力型垂直轴风力机为二维、三维研究对象,研究叶片表面施加吸气对提高升力型(H型)垂直轴风力机叶片做功性能的效果。通过开展二维模拟研究,探究多吸气缝在叶片吸力面上的位置对垂直轴风力机气动性能的影响,并对比研究吸气和吹气这两种常用的主动流动控制方法提升垂直轴风力机风能利用净效率的区别。在此基础上,对叶片表面采用吸气控制的垂直轴风力机进行三维数值模拟分析,并将其获能特性与采用波浪前缘叶片即被动流动控制后的垂直轴风力机的性能进行了比较。结果表明,当多吸气缝位置位于距离叶片前缘10%~15%弦长区域范围内时,能最好地抑制垂直轴风力机叶片表面的流动分离,改善叶片的气动性能。与吹气控制方法相比,叶片表面采用吸气控制后的风力机的风能利用净效率在全叶尖速比下的增幅更加明显;而与波浪前缘控制方法相比,采用吸气控制后风力机风能利用净效率在低尖速比下提升效果更为显著,最大提升幅度可达到140%。该文研究结果表明吸气方式可使垂直轴风力机的效率在较大的运行工况内都有明显提高,与吹气和波浪前缘的方法相比在提升风力机气动性能效果方面更为显著,因此也更具工程应用的潜力和优势。