基于汽车风速的风能发电系统研究

【摘要】：随着生活水平不断提高,人们对汽车的需求越来越多,这给环境带来的危害也越来越多。为了缓解汽车对环境的危害,目前有很多学者对汽车利用走行风发电这一领域进行探索研究,21世纪以来多位学者申请的关于车载风力发电技术的专利被国家知识产权局授权。 本文论述的基于汽车风速的风能发电系统主要研究利用汽车行驶过程中的风能来发电的系统,该发电系统可以将风能转变为电能回馈给汽车利用,以达到节能环保的目的。通过对贝茨理论等风能发电技术的理论学习以及借鉴前人的研究成果,设计一种车载风能发电系统。车载风能发电系统安装在汽车车身通风口中,包括导风罩、风力发电机、叶片、整流器等装置。利用计算流体动力学方法,在Gambit中建立导风罩三维有限元风洞模型,利用Fluent对导风罩尺寸参数进行流体仿真,得到导风罩尺寸参数优化结果。根据导风罩尺寸,设计出叶片数量、布局、尺寸,利用解析法、仿真法求解出叶片攻角和安装角。根据已有的风洞实验装置,选择发电机、蓄电池等发电部件,设计出与发电机装配的实验台、发电机与叶片的装配方法、叶片攻角和安装角的调整方式。将设计的所有零件加工并进行风洞实验,得到了车载风能发电系统的速度损失；得到了当风速为20m/s时,汽车车载风能发电系统的发电功率以及风能利用系数；验证了叶片攻角、安装角的仿真结果；探究不同风速下的发电性能,估算了汽车车载风能发电系统可以为纯电动汽车增加的电能。最后对利用汽车风能发电提出了一些建议。 【关键词】：汽车 风能发电系统 风洞实验 风能利用系数
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 目录8-10
• 第一章 引言10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-15
• 1.3 研究意义15-16
• 1.4 研究内容16-18
• 第二章 基于汽车的风能发电系统总体设计18-32
• 2.1 贝茨理论分析18-19
• 2.2 涡流理论分析19-21
• 2.3 风力发电机类型分析21-23
• 2.3.1 阻力风机分析21-22
• 2.3.2 升力风机分析22-23
• 2.3.3 适合汽车的风机类型23
• 2.4 整流技术分析23-26
• 2.4.1 二极管半波整流分析24-25
• 2.4.2 二极管全波整流分析25-26
• 2.4.3 晶闸管与IGBT功能分析26
• 2.5 汽车车载风能发电系统总体方案26-29
• 2.5.1 设计发电系统与汽车的装配关系26-27
• 2.5.2 设计发电系统的装配布局方式27-29
• 2.5.3 适合风能发电系统的汽车类型分析29
• 2.6 本章小结29-32
• 第三章 导风罩优化设计32-46
• 3.1 导风罩流体仿真优化32-40
• 3.1.1 优化方法32-33
• 3.1.2 仿真步骤33-35
• 3.1.3 求解过程35-38
• 3.1.4 仿真结果38-40
• 3.2 导风罩设计40-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第四章 叶片优化设计46-56
• 4.1 叶片几何参数与基本要求46-47
• 4.2 叶片攻角及安装角的优化设计47-51
• 4.2.1 解析法求解47-49
• 4.2.2 仿真法求解49-51
• 4.3 叶片装配设计51-54
• 4.3.1 叶片数量设计51
• 4.3.2 叶片布局设计51-53
• 4.3.3 叶片尺寸与翼型设计53-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 发电系统的加工装配与风洞实验56-82
• 5.1 风洞实验设备56-59
• 5.1.1 风洞设备56-57
• 5.1.2 光学平台与实验台57-59
• 5.2 风能发电系统部件59-65
• 5.2.1 发电机的选择与装配设计59-62
• 5.2.2 风力发电控制器的选择62-63
• 5.2.3 蓄电池与检测装置的选择63-65
• 5.3 风洞实验65-75
• 5.3.1 车载风能发电系统的速度消耗65-69
• 5.3.2 验证叶片攻角、安装角仿真结果69-72
• 5.3.3 探究不同风速下的发电情况72-75
• 5.4 汽车风能利用效率估算75-79
• 5.4.1 风能利用系数的估算75-77
• 5.4.2 发电量的估算77-79
• 5.5 本章小结79-82
• 第六章 结论与展望82-84
• 参考文献84-86
• 作者简历86-90
• 学位论文数据集90

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