B-Spline曲线聚风装置直线翼垂直轴风力机启动性能数值模拟

为了提升直线翼垂直轴风力机的启动性能,基于B-Spline曲线生成方法,提出一种具有流线型轮廓的聚风装置,将其分别安装在风轮顶端和底端,用以提升风轮附近的来流风速,使风轮汲取更多风能,达到更易启动的特点.选取聚风装置的5个结构参数进行设计:聚风装置与风轮间隙距离ΔL、底圆半径R_(1)、顶圆半径R_(2)、入口角度α_(1)和出口角度α_(2).设计方法采用二次旋转正交组合筛选最优模型,通过三维数值模拟研究聚风装置参数对直线翼垂直轴风力机启动性能的影响,获得了最佳外形参数组合.此外,对有无加装聚风装置的直线翼垂直轴风力机进行了静态三维数值模拟.结果表明,通过添加具有外凸流线型轮廓的聚风装置,直线翼垂直轴风力机的启动性能有显著提升.在风速较低的情况下,性能改善更加明显.聚风装置可使直线翼垂直轴风力机的平均启动力矩系数最大增加38.8%,峰值平均启动力矩系数最大可增加31.2%.

基于文丘里效应的低速风聚风装置结构设计与优化

为了提高微风发电的效率,文中基于文丘里效应设聚风装置。低速风通过对结构的优化收集更大风量来流提高来流风速。针对聚风装置进口长度、角度和出口长度、角度等主要结构参数做组合设计,采用三维数值模拟方法计算不同聚风装置的喉口部位的速度、压力和聚风比,对比分析结果找到最优的聚风装置结构参数,结果发现:优化后可有效提升来流风速。通过分析聚风装置结构和流场变化,揭示流体对聚风装置结构的影响机理。

基于风洞模拟的不同出风口高度导风板的聚风效应

[目的]揭示不同出风口高度导风板下的风速流场特征及规律,阐明其聚风效能,进而为导风板配置模式提供理论支撑。[方法]应用风洞模拟手段,测定不同风向夹角(β=90°,β=60°,β=45°和β=30°)条件下,不同出风口高度(h=3 cm,h=5 cm,h=7 cm,h=9 cm)导风板的流场特征,分析1/2出风口高度处的相对风速。从而选取风向夹角(β)、出风口高度(h)、来流风速(V 0)以及距离导风板的水平距离(x)等对导风板1/2出风口高度处各点位风速〔V(x)〕进行多元回归建模。[结果](1)各风向夹角条件下,不同出风口高度导风板均形成一定范围的强风区和增速区,但不同出风口高度及风向夹角下其流场特征存在差异。β=90°时,h=3 cm和h=5 cm导风板的增速区和强风区影响范围分别为最大;β=60°时,h=9 cm导风板形成的增速区和强风区影响范围均最大;β=45°和β=30°时,h=9 cm导风板增速区和集流加速区影响范围均最大。(2)β=90°和β=60°时,各导风板1/2出风口高度处相对风速随水平距离的变化近似呈“N”形。由于狭管效应,在0.5 H(H为模型高度)处达到相对风速峰值,而后气流发生扩散,到2 H处降至最低值。随迎风夹角减小,导风板垂直风向投影面积急剧减小,过境气流在板后汇集,此时对水平测点1 H后气流有较强加速效果。(3)1/2出风口高度处导风板风速预测模型为V(x)=-0.144+0.145 h+(-0.022)β+0.808 V_(0)+0.092 x(R^(2)=0.758)。[结论]风向夹角β=60°时,h=9 cm导风板聚风效果最优;构建的预测模型参数选用较为合理,模型拟合程度较高,可为导风板干扰下1/2出风口高度处各点位风速预测提供理论支撑。

聚风挡板对H型垂直轴风力机气动性能的影响

为提高H型垂直轴风力机的气动性能,提出在风力机外部加装聚风挡板的设计方法。首先利用Fluent软件对垂直轴风力机进行流体力学仿真,再采用正交试验设计法,研究聚风挡板的长度、水平布置距离、垂直布置距离和偏转角这4个设计参数对风力机性能的影响,按各参数影响从小到大依次计算。研究结果表明:当聚风挡板的水平布置距离为R,垂直布置距离为2.5R,长度为0.9H(H为风轮高度)和偏转角为25°时,风力机风能利用率最大,其风能利用率相比于原型风力机提高了5.46%;聚风挡板能够有效增大风力机运转区域内部的流场速度,并明显缩短风力机速度较低的尾迹区,进而增大叶片内外表面压力差,也能够在对主轴合成力影响较小的前提下,提升叶片的力矩系数和风力机的风能利用率。

紧凑式聚风型风机及其大型化研究

日本九州大学聚风型风机研究项目致力于开发适用于低风速地区,可将发电效率进一步提高的紧凑式聚风型风机。文章介绍了该风机的原理,进行了发电性能风洞实验验证。

抛物面型聚风罩内非均匀时变流场的数值模拟与实验分析

为了提高能源利用率,以抛物面型聚风聚光装置为研究对象,进行聚风罩内非均匀时变流场的数值计算及试验研究。结果表明,抛物面聚风罩有明显的聚风作用,试验结果与数值计算趋势一致,最大数值误差为9.7%。进一步对抛物面聚风罩的结构进行分析,得出其在焦距为800 mm,中央开口半径为600 mm时,聚风后的风能最大。设计了聚风罩内非均匀时变流场下的风力发电机叶片,并用滑移网格进行了旋转机械模拟,计算得到在自然风速为10 m/s时,叶轮的输出功率为222.0 W,与同直径下的普通型风力发电机相比,功率提高了122%。

一种新型的垂直轴风力机聚风装置

为了提高垂直轴风力机的功率系数,设计一种能将任意方向的自然水平风转变成沿环形顺时针流动的风的环形聚风装置。分析了该装置将自然风转变为环形流时风的流场。计算有效进风面积,推导了半圆柱形叶片风轮和对称翼型的功率系数公式。研究表明,在不计装置对风的加速作用和忽略轮毂半径的情况下,半圆柱形叶片风轮功率系数最大值35.6%;在给定条件下对称翼型NACA0012的功率系数最高为41.5%;装置用于H型风力机,使得风力机具有确定的攻角及良好的启动性能。

漏斗式聚光聚风复合发电系统的设计与理论计算

设计一种新型的聚风聚光复合式发电系统,介绍其设计方法和工作原理。数值模拟了电池板在冷却器作用下的平均温度和最高温度,预测系统的光伏发电性能,建立了冷却器、聚光器与系统光伏发电性能的关系式。对漏斗的聚风性能及风力发电的增加率进行预测,针对其提速性能对进口流道长度进行优化设计,研究结果表明,经过优化设计后的漏斗可显著提高其内部过流风速,增加发电量。

抛物面型聚风聚光发电系统的运行性能分析

为了使太阳能和风能发电系统能够持续稳定供电,提出一种在抛物面聚光镜中央开口并安装风力叶轮的抛物面型聚风聚光发电系统。该系统的聚风发电部分采用基于Wilson模型、NACA-4412翼型叶轮设计的风力机,聚光光伏发电部分采用砷化镓电池为接收器。该文对此风力机的非均匀流场进行了仿真模拟,分析了不同抛物面焦距和中央开口直径对聚风发电功率的影响。结果表明,当抛物面焦距为700 mm、中央开口直径为1100 mm时系统的日发电总量最大,为该系统抛物面的最佳结构参数。在此最佳结构参数下,当该系统聚光光伏发电部分于每天09:00—17:00运行,聚风发电部分在剩余时间运行时,该系统的日发电总量比同等情况下分开运行的聚光光伏和非聚风风力发电系统的日发总电量提高了36.0%,提高了能源综合利用率。

基于狭管效应的聚风装置结构设计及流体分析

基于"狭管效应"理论开展低风地区大功率风力发电的研究分析,进行适合低风环境下高效、大功率聚风装置的设计。采用计算流体力学技术(CFD),对聚风装置进行三维流场数值模拟,分析聚风装置内部风速、压力分布等相关数据,验证风经过狭管聚风装置后速度会显著提高。

聚风导流型立轴风力机设计及气动性能分析

针对传统的立轴风力机风能利用率低的问题,应用正交优化法和流场数值模拟技术对聚风导流型立轴风力机的结构设计参数进行了优化设计。在同尺度下与传统立轴风力机进行了对比分析。结果表明,聚风导流型立轴风力机叶轮的输出功率、风能利用率及自启动特性均得到了显著提高。

阻力型垂直轴风力机聚风装置研究现状

阻力型垂直轴风力机具有结构简单、噪声小、不受来流风向影响等优点,但其功率系数较低。聚风装置不仅能有效提高阻力型垂直轴风力机的功率系数,还能改善其气动特性,故国内外学者对风力机外围的聚风装置做了大量的研究。文章详细描述了国内外阻力型垂直轴风力机聚风装置的研究现状,对其进行了分类整理和总结,旨在对阻力型垂直轴风力机的研究提供有价值的参考。

适用于西藏地区的聚风型垂直轴风力机结构特性分析

为满足西藏高寒高海拔地区对风力机安全可靠性的需求,以部件强度和气象参数为约束条件,针对一台面向西藏地区的额定功率为500 W的聚风型直线翼垂直轴风力机进行结构分析,并采用有限元分析方法,对风力机主要部件进行了静力学分析和模态分析.静力学分析表明:在额定转速下风力机叶片、主轴、支撑臂、法兰盘、上下聚风罩和塔筒等主要结构部件的最大位移形变分别为0.19,0.25,0.013,0.0056,0.63,1.20,0.05 mm;最大承受应力分别为11.96,25.63,11.70,6.10,4.68,2.11,2.28 MPa,均在材料所能承受的范围之内,风力机主要结构部件设计合理,满足设计要求.模态分析表明:风轮的工作频率2.50 Hz远小于其一阶固有频率9.22 Hz,不会发生共振,安全可靠.研究结果可为垂直轴风力机的结构设计与分析提供参考,为聚风型直线翼垂直轴风力机在高寒高海拔地区应用提供基础.

基于CFD的一种聚风装置流场模拟及改进措施研究

INVELOX是一种新型的聚风装置,设计者称此装置可以收集任意方向的风,并通过文丘里管实现气流加速。然而,有研究表明,该装置仅在来流风向与文丘里管轴线夹角小于90°时有效。基于CFD,文章针对该聚风装置开展了数值模拟研究,分析了初始构型在不同风向条件下的流场特性并提出了改进措施。研究结果表明:当来流风向与文丘里管轴线夹角小于90°时,文丘里管内的气流速度比约为1.8;当夹角超过90°时,文丘里管内的气流速度比急剧下降;当夹角超过120°时,来流风将从装置出口倒灌入系统内;在改变文丘里管布置方式后,文丘里管内的气流速度比基本不受风向影响;在系统出口加装防风罩可使文丘里管内的气流速度比提升约40%。

尺寸效应对聚风型风筒流场特性的影响研究

聚风型风筒的聚风效率与装置尺寸密切相关。本文基于数值仿真方法,结合实验验证,对不同尺寸的聚风装置的速度分布、压力分布等流场特性进行了研究,表明聚风装置的尺寸在低于某临界值时,聚风效率会随着装置尺寸的减小急剧下降;而高于该值时聚风效率变化缓慢。

聚风板对汽车热平衡及空调制冷性能影响的研究

在炎热的夏季,尤其在热带沙漠气候地区,对整车的热平衡及空调制冷性能的适应能力要求极高。文章通过在热带沙漠气候的实地环境里,对某MPV车型进行无聚风板和加聚风板,两种状态下的热平衡及空调制冷性能进行测试,以研究聚风板对该车型热平衡及空调制冷性能的影响。

整车冷却模块聚风结构设计研究

整车冷却系统的结构越来越趋向模块化、紧凑化设计,在前端布置空间有限的情况下,为了提升冷却系统的性能,无法仅仅提升风扇、散热器或者冷却水泵的工作能力来达到。作为空气动力学的延伸应用,在不改变其他部件性能的情况下,从改善整车通风性能的角度出发,对整车机舱部件的设计进行约束,利用CFD手段,设计聚风结构,改善整车冷却模块的通风效果,从而提高整体性能;并且这一改善还可以降低整车的风阻,从而降低油耗,符合目前节能减排的设计趋势。

基于数值模拟的INVELOX聚风装置进气口改进措施研究

INVELOX聚风装置的万向漏斗虽然可以收集来自四面八方的风能,但其背风面存在严重的漏风现象,使得该装置的性能大打折扣。文章基于数值模拟方法对INVELOX聚风装置开展了研究,分析了INVELOX装置的流场特性,并针对进气口存在的不足提出了改进措施。研究结果表明:INVELOX聚风装置由于内外联通,漏风率高达约73%;在进气口侧面及背面增加聚风罩可以减轻漏风现象,并能够将文丘里管内的平均速度比从1.56提升至2.8,输出功率增加4.8倍。改进后的模型可以大幅度减少风能损失,进而提升聚风装置的输出功率,使得该装置具有较好的应用价值。

聚风式大功率风力发电机组

聚风式风力发电机组的风动力功能部分是由平置X形的聚风机架和在其中部并列设置的立式双桨轮风动机组合构成。X形架体可为双桨轮双向V形敞口大面积聚风，X形聚风机架体又天然成为大功率高大风力机组超强稳固所必需的巨型支撑机架，且该机架还可同时完成遮挡半部分翻转桨轮板旋转弧面体的风动力功能的作用，还可自动调节自然界风力瞬间变化对机组稳定运行产生的影响；此外，双桨轮风动机通过传动齿轮作用可使其产生的动力形成合力，并可通过其与一个及相继与多个发电机相连接，在大风力条件下发出更多的电能。

聚风风力发电系统的叶片设计方法与仿真模拟研究

针对小型聚风风力发电系统,考虑到自然来流经过聚风装置后风速分布会发生很大变化,因此利用fluent仿真模拟研究了聚风装置对来流风速的影响,同时在原有Wilson叶片设计方法上,参考叶轮安装截面风速分布,对叶片设计方法进行了修正。在fluent中建立三维仿真模型,并与已有实验数据的对比,结果表明,通过这种方法设计的叶片,在设计风速下,叶片输出功率更高。