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一种风力机风轮设计和优化方法研究

西华大学学报（自然科学版） 2008年第4期27卷 46-49页

作者：杨瑞李仁年韩伟李德顺张士昂兰州理工大学

为保证风力机具有最大的风能利用系数,本文主要对水平轴风力机风轮的设计和优化方法进行了研究。通过对叶片翼型的弦长和扭角的优化计算,可以得出叶片的几何参数,包括叶片数、叶片各断面的翼型选择以及叶片根部的安装位置等。根据提出... 详细信息

为保证风力机具有最大的风能利用系数,本文主要对水平轴风力机风轮的设计和优化方法进行了研究。通过对叶片翼型的弦长和扭角的优化计算,可以得出叶片的几何参数,包括叶片数、叶片各断面的翼型选择以及叶片根部的安装位置等。根据提出的优化设计方法编制了相关软件,给出的算例说明了采用不同单一翼型设计的风轮在相应设计叶尖速比下的风能利用系数和轴向力系数的变化规律。

关键词：风轮设计水平轴风力机优化方法风轮气动性能

H型垂直轴风力机风轮气动设计及气动性能研究

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H型垂直轴风力机风轮气动设计及气动性能研究

作者：姬永魁兰州理工大学

学位级别：硕士

垂直轴风力机与水平轴风力机相比，两者在设计方面虽然具有相同的理论基础，但气动性能却有很大的差异，垂直轴风力机不能完全采用水平轴风力机的设计方法进行设计。虽然国内外学者对影响垂直轴风力机气动性能的主要因素也进行过多方面... 详细信息

垂直轴风力机与水平轴风力机相比，两者在设计方面虽然具有相同的理论基础，但气动性能却有很大的差异，垂直轴风力机不能完全采用水平轴风力机的设计方法进行设计。虽然国内外学者对影响垂直轴风力机气动性能的主要因素也进行过多方面研究，但作为垂直轴风力机的设计理论和方法还很不完备。本课题利用已有的垂直轴风力机设计理论,初步设计风力机的各种参数，然后根据垂直轴风力机的理论模型编程计算，对参数进行优化从而提高风轮的气动性能，以达到设计要求;并利用数值模拟的方法对翼型以及风轮性能进行探讨，其主要内容包括： 1、根据相关的垂直轴风力机设计理论以及根据国外已有的翼型数据，初步确定风力机的叶片弦长、风轮直径、风轮高度、尖速比、翼型等风轮气动参数;2、根据双多流管理论编辑Matlab程序，并与国外公布的性能曲线进行对比，验证其可靠性;利用所编程序对风轮参数进行计算，并对参数进行优化以使其满足设计的风力机性能要求;进而分析了风轮的高径比、叶片弦长变化以及叶片数量变化导致的实度变化对风力机气动性能的影响，为风轮气动参数的选取提供参考依据;3、为了提高风力机CFD数值模拟计算精度，分析了不同湍流计算模型、不同边界条件、不同网格划分方法与不同雷诺数变化对风力机翼型气动性能参数计算精度的影响;4、为分析直叶片垂直轴风力机流场特性，采用滑移网格技术模拟二维垂直轴风力机的非定常流场，得出风轮及叶片周围流体的速度分布情况，为风轮的设计提供参考;并与根据双多流管理论进行Matlab编程计算得出的气动性能结果进行对比分析。

关键词： H型垂直轴风轮设计非定常气动性能数值模拟

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风力发电机组风轮优化设计

今日自动化 2021年第6期 76-77页

作者：刘敬波国电联合动力技术有限公司北京100039

随着社会经济的不断发展,各国对能源的需求也在逐渐增长,传统能源已经处于供不应求的状态,为了满足人们多样化的需求,我国开始开发新能源。风能属于清洁能源,能有效缓解环境污染的问题,使人与自然和谐相处。本文对风轮在风力发电机组的... 详细信息

随着社会经济的不断发展,各国对能源的需求也在逐渐增长,传统能源已经处于供不应求的状态,为了满足人们多样化的需求,我国开始开发新能源。风能属于清洁能源,能有效缓解环境污染的问题,使人与自然和谐相处。本文对风轮在风力发电机组的重要作用进行分析,明确风轮材料轮毂和叶片的属性,分别探究轮毂和叶片的优化设计模式。一方面要优化验证轮毂拓扑结构和减重结构、改进轮毂模型,另一方面要明确叶片常见的设计方法、确定设计参数、优化设计发电机组模型、构建叶片外形设计模型。这样能优化风力发电机组风轮的结构,提升应用效果。

关键词：风力发电机组风轮设计轮毂

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垂直轴风力机设计与CFD仿真计算

垂直轴风力机设计与CFD仿真计算

作者：张胜利陆森林西北工业大学陕西省机械工程学会风能与动力分会

本文介绍了Φ型垂直轴风力机风轮的设计方法,并选用NACA0012翼型进行了算例设计。考虑到风力机的实际运行方式,运用计算流体动力学软件Fluent对设计算例进行合理地建模和性能数值计算。计算采用了SIMPLEC算法、标准的k-ε湍流模型和滑... 详细信息

本文介绍了Φ型垂直轴风力机风轮的设计方法,并选用NACA0012翼型进行了算例设计。考虑到风力机的实际运行方式,运用计算流体动力学软件Fluent对设计算例进行合理地建模和性能数值计算。计算采用了SIMPLEC算法、标准的k-ε湍流模型和滑移网格技术,并对数值计算的结果进行了分析。结果表明,数值计算具有较好的准确性和可信度,可为Φ型垂直轴风力机的改进设计提供参考。

关键词： Φ型垂直轴风力机数值计算滑移网格风轮设计 Fluent

来源： cnki会议评论

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5kW垂直轴风力机的气动性能分析

兰州理工大学学报 2015年第3期41卷 64-69页

作者：杨瑞李金龙王婷婷夏巍巍兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学甘肃省风力机工程技术研究中心甘肃兰州730050

为了改善垂直轴风力机风轮流场的气动性能,分别利用双盘多流管模型及2维N-S方程的数值模拟方法对5kW垂直轴风力机的气动性能进行预测.两种方法得出的功率系数随叶尖速比变化相差不大,两种方法均可行.前者得出风轮上风区域和下风区域的... 详细信息

为了改善垂直轴风力机风轮流场的气动性能,分别利用双盘多流管模型及2维N-S方程的数值模拟方法对5kW垂直轴风力机的气动性能进行预测.两种方法得出的功率系数随叶尖速比变化相差不大,两种方法均可行.前者得出风轮上风区域和下风区域的流动阻滞效应随转子实度的增大而增强,且在下风区域表现的更为明显;后者得出在叶尖速比较低的情况下,风力机叶片周围有明显的涡脱落现象,在同一个叶尖速比下叶片转动到不同位置时风力机尾流速度场变化不大.

关键词：垂直轴风力机风轮设计双盘多流管模型气动性能分析流场仿真

驱动热泵的垂直轴风力机风轮气动特性数值分析

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热科学与技术 2018年第3期17卷 246-252页

作者：赵斌马海鹏赵元星冯婧恒杨玉滢汪建文华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210 内蒙古工业大学风能太阳能利用技术教育部重点实验室内蒙古呼和浩特010051

根据风能热泵系统的工作环境及匹配特性,针对给定供热面积的系统各参数选取方法以及垂直轴风力机风轮设计进行了探讨,在此基础上初步完成了额定功率为300 W的风轮设计,并利用二维数值模拟方法对不同叶尖速比下的性能曲线进行计算,分析... 详细信息

根据风能热泵系统的工作环境及匹配特性,针对给定供热面积的系统各参数选取方法以及垂直轴风力机风轮设计进行了探讨,在此基础上初步完成了额定功率为300 W的风轮设计,并利用二维数值模拟方法对不同叶尖速比下的性能曲线进行计算,分析得到了额定风速9.00 m/s时,驱动压缩机的最佳风轮转速为350～375r/min。结果表明,300 W垂直轴风力机的输出特性可满足风能热泵机组的工作要求,该数值分析结果可为风能供热技术的应用示范提供理论支撑。

关键词：风能热泵垂直轴风力机风轮设计数值模拟性能分析

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驱动热泵压缩机的垂直轴风力机设计选型

驱动热泵压缩机的垂直轴风力机设计选型

作者：马海鹏华北理工大学

学位级别：硕士

我国北方大部分地区冬季供热主要以燃煤发电机组为主,环境污染严重。多风寒冷地区采暖期与强风季重叠,风能供热是减少雾霾的有效途径之一。风能直驱热泵供热技术是目前能源领域研究的热点问题,研究驱动热泵的垂直轴风力机具有重要的学... 详细信息

我国北方大部分地区冬季供热主要以燃煤发电机组为主,环境污染严重。多风寒冷地区采暖期与强风季重叠,风能供热是减少雾霾的有效途径之一。风能直驱热泵供热技术是目前能源领域研究的热点问题,研究驱动热泵的垂直轴风力机具有重要的学术意义。选取张家口地区采用节能措施的15m居民住宅为算例,以驱动热泵压缩机的垂直轴风力机为研究对象,进行设计选型。首先采用理论分析方法,研究垂直轴风力机与开启式压缩机的匹配特性;从气候条件出发,确定额定风速、供暖热负荷等,考虑热泵制热系数、各装置效率,确定垂直轴风力机额定转速及输出功率,探讨风轮设计方法并完成设计;其次采用数值模拟方法,校核并分析驱动热泵压缩机的最佳风轮转速范围;最后以现有200W额定功率的垂直轴风力机为例对比验证了实验研究与数值模拟两种方法。结果表明:选用额定功率为300W的垂直轴风力机驱动额定功率为250W的压缩机,当风速大于或等于额定风速时,在额定风轮转速下,系统将处于最佳运行状态;所设计的垂直轴风力机风轮最佳叶尖速比约为3.4,风能利用系数在0.2左右,分析匹配特性得到在9m/s额定风速下驱动压缩机的最佳风轮转速范围为350～375r/min;在设计选型时可优先采用数值模拟方法对垂直轴风力机进行初步设计校核,以节约成本。探究风能直驱热泵系统的垂直轴风力机与开启式压缩机的匹配规律、系统选型及风轮设计方法,寻求系统选型思路以及运行最佳工况,其研究结果可为风能直驱热泵系统优化设计与运行提供理论参考。

关键词：垂直轴风力机热泵开启式压缩机匹配特性风轮设计

2MW风力发电机叶片气动外形设计及力学分析

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2MW风力发电机叶片气动外形设计及力学分析

作者：张皓新疆农业大学

学位级别：硕士

风机叶片是风力发电机的一个重要组成部件,叶片的外形和结构设计的优劣直接关系到了风机正常运行和发电小时数的保证,叶片需要仔细对外形进行气动设计从而能够用最小的成本获得最大的功率输出,风机外线的气动设计和内部的结构部分设计... 详细信息

风机叶片是风力发电机的一个重要组成部件,叶片的外形和结构设计的优劣直接关系到了风机正常运行和发电小时数的保证,叶片需要仔细对外形进行气动设计从而能够用最小的成本获得最大的功率输出,风机外线的气动设计和内部的结构部分设计两方面基本决定了风机运行有效性和可靠性。风机叶片总体设计主要包括风机外形气动设计和内部的结构设计两个主要方向,外形气动设计主要是从气动理论角度出发保证能最大限度的利用风能资源。本文在介绍了风机叶片使用材料的基础上,对风机叶片进行了力学分析,从动量-叶素理论出发,运用Wilson设计方法对叶片的气动外形进行了设计,获得了叶片的气动数学模型,通过仿真对叶片的气动性能与试验叶片的气动性能进行分析校验,验证了该种设计方法设计出的叶片动载荷在各个截面的应力值是优于试验叶片的,得出设计叶片是有效性和实用性,为工程实践中风机叶片的选型提供理论支持。

关键词：风机叶片叶片材料风轮设计叶片力学分析动量-叶素理论外形设计

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5kW垂直轴风力机气动性能研究

5kW垂直轴风力机气动性能研究

作者：李金龙兰州理工大学

学位级别：硕士

5kW垂直轴风力机属于中小型风力机,它可以作为一个独立的系统来供应个人家庭的用电和热,也可以作为独立式的技术设施用于市区照明等,还可以建立一个电网连接,用于乡村电站等领域,有助于减少电费。而目前我国对于垂直轴风力机的研究还处... 详细信息

5kW垂直轴风力机属于中小型风力机,它可以作为一个独立的系统来供应个人家庭的用电和热,也可以作为独立式的技术设施用于市区照明等,还可以建立一个电网连接,用于乡村电站等领域,有助于减少电费。而目前我国对于垂直轴风力机的研究还处于起步阶段,但在近些年来中小型风力机越来越得到许多学者的关注。本课题对一特定5kW垂直轴风力机的风轮参数设计、风轮气动性能预测、风轮数值模拟和风力机整体仿真等进行探讨研究,其中主要内容包括以下几个方面：首先,整理和总结了垂直轴风力机设计的一些理论知识,重点介绍了当下气动计算较准确的双盘多流管模型理论,对该理论的重要公式推导进行了梳理,通过垂直轴风力机的理论对5kW垂直轴风力机的风轮初步设计,并运用双盘多流管模型对其进行分析研究。得出了一些结论：第一,三叶片垂直轴风力机能够得到更高的功率系数,但在高功率系数的范围较小,而二叶片垂直轴风力机的功率系数较低,但在高功率系数的范围较大;第二,对于该5kW垂直轴风力机,当叶尖速比λ≥3.5时,上风转子对下风转子具有明显的实质性影响,并且上风区域功率系数峰值产生于高叶尖速比工况,而下风区域功率系数峰值产生于低叶尖速比;第三,由于诱导速度的变化,三叶片的法向力系数与切向力系数随着位置的不同(处在上风区域还是下风区域)而不同,上风转子的气动载荷较大,而下风转子的气动载荷较小;第四,上风区域和下风区域中的流动阻滞效应随转子实度的增大而增强,且在下风区域表现的更为明显。其次,对5kW垂直轴风力机选取的翼型进行了二维数值仿真,并在ICEM软件中对风轮流场进行二维建模和网格划分,再通过FLUENT软件采用滑移网格技术对该5kW垂直轴风力机风场进行二维非定常数值仿真。通过对数值仿真结果的分析,得出了一些结论：第一,对于NACA0018翼型在10度之前并未出现边界层分离与失速现象,但到了15度时已能明显看到边界层分离与失速现象;第二,NACA0018翼型升力系数从0度开始逐渐增大,在12°左右达到最大值(即为失速点),之后升力系数下降;而对于阻力系数而言,仿真数据与实验数据有一定的误差,但总体趋势还是一致的。因此,CFD软件对于压差阻力计算较为精确,而对于摩擦阻力计算还存在一些需要解决的问题,并不能很好的模拟出阻力的变化情况;第三,叶尖速比是影响风力机功率系数的重要影响因素;第四,在叶尖速比较低的情况下,可以看到很明显的涡脱落现象,这样降低了升阻比,使风力机的功率下降。最后,本文建立了5kW垂直风力机风轮的数学模型,并将风轮模型在MATLAB/SIMULINK中建模,与风速、传动系统、转速控制系统组成风力机模型,对该风力机的输出特性进行分析。得出了一些结论：MATLAB/SIMULINK软件可以很好的模拟风力机的整体特性,在对于转速控制器中kp、kl参数选取中,对于参数的选取不宜过大与过小。

关键词：垂直轴风力机风轮设计双盘多流管模型气动性能研究流场仿真