主要結構參數對直線翼垂直軸風力機性能研究.pdf

1、直線翼垂直軸風力機是一種結構簡單、風能利用效率高并且維護保養(yǎng)簡單的升力型垂直軸風力機。近年來，隨著中小型風電市場的發(fā)展，直線翼垂直軸風力機已經受到越來越多的關注。直線翼垂直軸風力機的性能主要包括起動性能和輸出性能，其中起動性能反映了風力機在低風速下起動的能力，輸出特性則反映了風力機工作時對風能的利用能力。
　　 直線翼垂直軸風力機的起動性不佳一直是影響其發(fā)展的主要原因之一，而其起動性能主要是由其結構參數所決定的。改善直線翼垂直軸

2、風力機起動性能的方法主要有兩種，一種是改變其自身結構，另一種是安裝輔助起動裝置。直線翼垂直軸風力機的自身結構參數主要包括葉片翼型、風力機半徑、葉片個數等，探明這些主要結構參數對起動性能的影響對改善其起動性能有重要的意義。對于安裝輔助起動裝置的方法，通常將Savonius阻力風輪與直線翼垂直軸風力機進行組合。然而，如果阻力風輪與直線翼垂直軸風力機的結合角度等組合方式不當會影響起動性能和轉動后的性能。因此，研究結合角度對直線翼垂直軸風力機起

3、動性能的影響十分必要。本文重點研究了葉片翼型與結合角度對直線翼垂直軸風力機起動性能的影響。在葉片翼型的研究中，選擇了NACA0018、NACA5520以及FX63-145三種翼型，其中NACA0018為對稱翼型，NACA5520為非對稱厚翼型，FX63-145為非對稱薄翼型。利用風洞試驗測試了不同翼型風力機在不同攻角下的起動風速得出，采用對稱翼型的直線翼垂直軸風力機起動性能高于采用非對稱翼型的風力機;采用厚翼型的直線翼風力機的起動性能高

4、于采用薄翼型的直線翼垂直軸風力機。在結合角度的研究中，分別將采用對稱翼型和非對稱翼型的直線翼垂直軸風力機的最佳起動區(qū)域和最差起動區(qū)域與阻力風輪的最佳起動區(qū)域進行結合。利用風洞試驗測試了各種組合后的風力機在不同攻角下的起動風速得出，當直線翼垂直軸風力機的最佳起動區(qū)域與Savonius風輪的最佳起動區(qū)域相對應可以更好的改善直線翼垂直軸風力機的起動性。
　　 在研究了結構參數對直線翼垂直軸風力機及起動性影響的基礎上，又對在低轉速下風力

5、機的輸出性能進行了研究。目前，國內外對直線翼垂直軸風力機輸出性能的研究主要集中在其正常工作及高尖速比的狀態(tài)下，而起動后的低轉速階段的輸出性能對于風力機的起動性能以及正常輸出性能都有較大的影響。本文利用風洞試驗的方法研究葉片翼型、風力機半徑、葉片個數以及阻力風輪對直線翼垂直軸風力機低轉速下輸出性能的影響。其中葉片翼型采用NACA0018和NACA5520，葉片個數選擇2、3、4，風力機半徑選擇0.3m和0.4m。利用風洞試驗測試了由不同結

6、構參數組成的風力機安裝阻力風輪前后在低轉速下的輸出性能。對于不帶阻力風輪的直線翼垂直軸風力機，葉片翼型、葉片個數以及風力機半徑都對風力機低轉速下的輸出性能造成了一定的影響。安裝阻力風輪后，直線翼垂直軸風力機低轉速下的輸出性能總體得到了提升，對比各結構參數下的改善率可知，Savonius阻力風輪對采用對稱翼型風力機的輸出性能的改善情況比采用非對稱翼型風力機要好且穩(wěn)定。
　　 另外，本研究還通過數值模擬的方法研究了阻力風輪與直線翼垂

7、直軸風力機的直徑比對直線翼垂直軸風力機輸出性能的影響。選用了0.25、0.33、0.5三種直徑比進行計算，并將計算結果與單機結果進行了對比。通過研究得出直徑比為0.5時直線翼垂直軸風力機的輸出性能最佳，同時其起動性能相對于單機提高了約2倍。
　　 綜上所述，本研究通過風洞試驗和數值模擬計算的方法從結構參數的角度對直線翼垂直軸風力機的性能進行了較為系統(tǒng)的研究。主要的創(chuàng)新點包括以下兩點:一、提出了與Savonius風輪組合時的結合角