某小型风机提高风能利用率的研究

【摘要】：Savonius小型垂直式风力机具有能够在较低风速下起动、造型简单、易于维护的特点,适应分布式发电的要求。本文采用CFD方法建立仿真模型,研究了Savonius型风力机的静态力矩特性,进而对两叶片与三叶片风机进行了比较分析,还研究了在来风方向增加导流板对该垂直式风力机风能利用率的影响。研究分为三个部分进行。第一部分是数值计算模型的建立,根据空气动力学理论在FLUENT下建立流体模型。第二部分是模型验证,将仿真结果与前人文献中的风洞试验数据作比较,进行模型调试;本文比较了二维、三维模型计算结果与风洞试验数据的差异并分析其原因。第三部分中,文章采用二维模型研究了有无导流板、不同导流板长度、不同安装角度和不同安装位置情况下叶片周围的流场分布以及叶片对转轴产生的静态力矩。风洞试验数据验证了数值模型的准确性,二维与三维模型计算所得的静态力矩与实验结果相比误差均在10%以内,能正确反映Savonius型风机在特定风速下的静态力矩。合理安装导流板可以使该型风机的叶片静态力矩提高20%-40%,进而提高Savonius型风机的风能利用率。本文测试的各项因素中,导流板长度和安装角度对风机静态力矩的影响作用较大;而在一定范围内,不同导流板位置对风机静态力矩所带来的影响可以忽略。 【关键词】：Savonius风机 仿真 导流板 风能利用率 静态力矩
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-19
• 1.3 本文研究内容及创新点19-20
• 第二章 风机的基本特性与CFD方法的应用分析20-36
• 2.1 风机分类及特点分析20-21
• 2.2 风机发电机组的性能评价研究21-25
• 2.2.1 风能的计算方法研究21-22
• 2.2.2 风机的特性指数研究22-23
• 2.2.3 风机的最大功率分析23-25
• 2.3 风机控制方法分析25
• 2.4 CFD方法研究25-27
• 2.4.1 CFD方法研究25-26
• 2.4.2 FLUENT软件特点分析26-27
• 2.5 风机基本方程研究27
• 2.6 湍流的基本数值模拟方法分析27-32
• 2.7 数值求解方法分析32-33
• 2.7.1 有限体积法研究32-33
• 2.7.2 压力速度耦合方法研究33
• 2.8 湍流脉动的试验测量技术及脉动的统计原理分析33-35
• 2.9 本章小结35-36
• 第三章 Savonius风机模型建立36-48
• 3.1 Savonius型风机数值模型前处理36-41
• 3.1.1 Savonius型风机数值建模结构化与非结构化网格的选择37-39
• 3.1.2 Savonius型风机仿真的计算域大小选择39-41
• 3.2 Savonius风机FLUENT数值模型的建立41-45
• 3.2.1 Savonius型风机二维模型理论分析41
• 3.2.2 Savonius型风机动态、静态模型的选择41-43
• 3.2.3 avonius型风机数值模型的参数设置43-45
• 3.3 Savonius型风机数值模型的网格无关性验证45-46
• 3.4 Savonius风机数值模型的边界层设置46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 Savonius型风机模型验证及比较分析48-59
• 4.1 引言48
• 4.2 二维与三维Savonius型风机模型仿真结果比较分析48-53
• 4.2.1 Savonius型风机三维模型的建立49-50
• 4.2.2 二维与三维Savonius型风机模型仿真结果比较50-53
• 4.3 两叶片与三叶片Savonius风机比较分析53-57
• 4.3.1 三叶片Savonius型风机模型的建立53-55
• 4.3.2 二叶片与三叶片Savonius型风机仿真结果比较55-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 导流板改进Savonius型风机风能利用率的研究59-69
• 5.1 引言59-60
• 5.2 带导流板Savonius型风机仿真实验设计60-61
• 5.3 带导流板Savonius型风机仿真结果分析61-68
• 5.3.1 导流板与来流方向的夹角对Savonius型风机的影响62-64
• 5.3.2 导流板长度对Savonius型风机的影响64-66
• 5.3.3 导流板距叶片转动区域的距离对Savonius型风机的影响66-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 结束语69-71
• 6.1 本文总结69
• 6.2 本文结论69-70
• 6.3 研究展望70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文76-78

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