一种垂直轴螺旋形风力叶轮附近的三维湍流特征

以FIN翼型作为基本翼型,设计了一种垂直轴螺旋形风力叶轮。运用商用CFD软件Fluent对叶轮附近的三维湍流场进行了非定常数值模拟,分析了基本截面在不同迎风角度下的受力特征,获得了在最大力矩系数工况下流场中的流速和压力系数分布,并对比分析了不同扭角时的力矩系数。研究结果表明:采用不同迎风角度基本截面上的合力方向有较大差别,整个叶片上的力构成了复杂的力系;在最大力矩条件下,随着叶轮高度的变化,叶轮内的气流扩散区逐渐增大,压力系数分布逐渐减小;在不同叶片扭角条件下,力矩系数在叶轮旋转过程中的波动特征不同,90°叶片扭角力矩波动幅度较小,运行相对稳定。

新型垂直轴螺旋型风力叶轮的研究

提出一种新型垂直轴螺旋型风力叶轮。采用计算流体动力学软件Fluent,选取SST k-ω湍流模型对提出的新型螺旋型叶轮和传统的直线型叶轮周围的非定常三维湍流流场进行数值模拟,分析两种叶轮的力矩系数、周围速度分布、水平截面上的流谱及涡量分布。研究结果表明:螺旋型叶轮的力矩系数波动幅度较小,平均力矩系数较大,叶轮输出功率较稳定;螺旋型叶轮内部的低压区和外部高压区间的压差是促进叶轮旋转的动力;螺旋型叶轮的空间三维形状导致各水平截面的叶片攻角不同,流谱及涡量分布有明显区别,而直线型叶轮不同截面的涡量分布基本一致。

垂直轴螺旋式风力叶轮的动态特性研究

采用风力叶轮直接驱动盘式发电机的方式,针对一种垂直轴螺旋式风力叶轮进行旋转状态下的动态特性试验研究,分别在自然风条件下和拖车试验条件下(来流速度为1～12 m/s),对试验装置的空载转速、空载电压进行测定,并对叶尖速比进行统计分析。研究结果表明:在自然风条件下,风速波动大,导致瞬态采集的风速与风轮转速不对应;在拖车试验条件下,来流速度相对稳定,且较易控制,风速与输出电压的对应关系较为明显。研究结果为相应的控制系统的设计与优化提供了参考。

螺旋形S型垂直轴风轮结构优化设计

提出了扭角180°的两叶片螺旋形S型风轮,采用k-ε数学模型从偏心系数G、封盖直径D0、内隔板数N、螺距P4个关键结构参数,对其结构进行优化设计。结果显示:当G=0.19或封盖直径与风轮直径比(D0/D=1.1)或N=6或P=6.0时,风轮性能分别达最佳;当G=0.19、D0/D=1.1、N=6和P=6.0时,螺旋形S风轮的风能利用率,在叶尖速比0.75时达0.21。对试验工况进行模拟,试验值与计算值吻合良好,说明计算值可信。

基于部分结构参数的螺旋形Savonius风轮性能优化

90°扭角螺旋形Savonius风轮模拟结果与试验结果的对比,证明κ-ε模型具有较高精度。采用该模型对螺旋形Savonius风轮进行数值计算,深析螺旋角度θ、隔板数N、螺距P3个结构参数对风能利用系数的影响规律,并与传统直叶片Savonius风轮进行静力矩对比。结果表明:θ=180°,N=6和P=6.0的风轮在叶尖速比为0.75时达0.21;螺旋形Savonius风轮静力矩系数均大于0,比传统直叶片风轮具有更良好的启动性能。