低风速环境下聚风发电装置的结构设计与气动特性分析

作     者：王富富 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王艳华;杨波

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：风力发电 聚风装置 翼型设计 气动性能分析 

摘      要：随着社会经济和工业化的快速发展,对清洁能源和可再生能源的需求越来越大,风能作为清洁无公害再生能源之一,有着分布广泛、储量大、污染低的特点,还具有独特的环境效益和经济效益。目前市面上的风力发电装置对风力要求较高,一般要求风力达到四级即5.5～7.9m/s以上,才能带动风轮的叶片进行旋转发电,这样就会造成四级以下的风力资源浪费。我们居住的地方城市是典型的四级风以下地区,也是人口密集的区域,电力需求大,在城区利用微风发电将有效地解决风力发电的地域限制以及成本高的难题。为了改善风力发电机在风速较低时不能启动,且风机输出功率较低的状况,文中提出了一种低风速环境中风力发电装置结构。该装置通过改变管道面积来引导气流通过,减少了风能在叶尖的气流损耗,明显增加了对叶尖的速度,从整体上提高了风力机的静态启动特性和动态输出性能。首先本文基于文丘里效应进行了收缩-扩张耦合结构的聚风效应加速原理进行研究,对聚风装置的进口长度角度,出口长度角度进行寻优设计,通过Fluent流体分析软件得到速度云图和压力云图,通过分析云图得到最优的尺寸。其次,基于叶片基本气动理论进行了翼型种类的选取和翼型的气动性分析,最终选定翼型形状为SD7062。同时确定了小型风力发电机叶片参数,具体包括风机叶片直径D、叶尖速比、叶片数B以及每个截面的弦长C和扭角θ。最后,进行风力机气动性能仿真分析等研究,对置于聚风装置内的叶轮和独立叶轮进行气动特性对比分析和叶片输出功率特性对比分析。对比结果发现经过聚风装置的聚风,速度提升2倍左右,风机输出功率提高了25%。