升阻复合型垂直轴风力机叶片与涡的相互干扰研究.pdf

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1、机械设计与制造第1期76MachineryDesign&Manufacture2014年1月升阻复合型垂直轴风力机叶片与涡的相互干扰研究张海杰，黄典责，吴国庆，王颖达(1．南通大学机械工程学院，江苏南通226019；2．上海大学上海市应用数学与力学研究所，上海200072)摘要：升阻复合型垂直轴风力机(vAwT)兼具升力型垂直轴风力机风能利用率()高以及阻力型垂直轴风力机启动性能好的优点。通过研究不同叶尖速比、不同弦长条件下的流场结构，分析叶片与涡的相互作用，揭示了该类风力机的做功机理，解释了不同奈件下风力

2、机风能利用率不同的原因。分析结果表明，风力机的涡量对其风能利用率具有直接影响，减小脱落涡可以提升风力机的风能利用率；通过涡量云图分析出的风能利用率与计算得出的风能利用率是相吻合的。关键词：升阻复合型垂直轴风力机；涡；叶片；风能利用率中图分类号：TH16；TK8文献标识码：A文章编号：1001—3997(2014)0l一0076—04StudyofMutuaI—InterferenCeBetweentheBladeandtheVortexintheLift-DragTypeVerticalAxisWindTu

3、rbineZHANGHai-jie，HUANGDian-gui，WUGuo-qing，WANGYing-da(1．SchoolofMechanicalEngineering，NantongUniversity，JiangsuNantong226019，China；2．ShanghaiInstituteofAppliedMathematicsandMechanics，ShanghaiUniversity，Shanghai200072，China)Abstract：Thelift—dragtypevertica

4、laxiswindturbine(VAwT)hastheadvantagesofthe^出powercoefficient(cp)6_y^eZ一eVAWTandthegoodstattingpe(o~ancebythedrag-typeVAWT．Throughresearchingtheflowfieldstructureunderthedifferentspeedratioanddiferentchordlengthsandanalyzingtheinteractionofthebladeandthevo

5、~ex，theworkmechanismofthiskindofturbines∞revealedandthereasonwhythepowercoefficientofturbineWasdiferentindiferentconditionsWasexplained．Theresultsoftheanalysisshowedthatthevorticityofwindturbinehadadireetinfluenceonthepowercoeficient()，anddecreasingthevome

6、xcouldpromotethec，ofwindturbine．ThroughanalyzingthevorticitycontoursitdeducedthatWasconsistentwiththecalculatedC．KeyWords：TheLift-DragTypeVerticalAxisWindTurbine；Vortex；Blade；PowerCoeficient得到该类垂直轴风力机周围绕流流场的涡量云图、研究了不同的1引言叶尖速比、不同的叶片弦长以及不同叶片数目下涡量的变化规律垂直轴风力机由

7、于其无需偏航机构，自启动性能好，并且具及漩涡的脱落情况，揭示了叶片与涡的相互作用对风能利用率的有结构简单、稳固等诸多优点而得到越来越多的关注。升阻复合影响，为今后这方面的研究提供了一定的参考。型垂直轴风力机进一步提高了直叶片垂直轴风力机的启动性能，使得垂直轴风力机在风速较小的地区使用成为可能。近年来，很2计算方法多学者运用计算流体动力学方法，将压力场、速度场以及涡量场采用CFD方法对升阻复合型风力机流场进行数值计算，湍直观地显示出来，进而详细分析垂直轴风力机的气动性能。文献Il流模型采用了S-A(Spala

8、~一Allmaras)模型，它是通过求解输运方通过流体软件Fluent对小型垂直轴风力机进行了数值模拟，并分程得到湍流运动粘度的单方程湍流模型，其主要着眼于恰当求解析了叶轮周围气流的速度云图以及静压云图，用以说明叶片的形边界层受黏性影响的区域，是一种非常有效的低雷诺数湍流模状影响了风力机的风能利用率。文献[21应用大涡模拟(LES)对型，模型对计算受制于压力梯度的边界层流动的结果非常好，并VAwT气动特性进行了数