垂直轴风力机仿真与应用研究论文

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1、垂直轴风力机仿真与应用研究毕业论文目录第一章绪论11.1小型风力机的研究背景与意义11.1.1能源危机与风能利用11.1.2小型风力机在离网式发电系统的应用11.2风力机概述21.2.1风力机的分类21.2.2垂直轴风力机的优点31.3垂直轴风力机研究现状与进展41.3.1国外研究现状41.3.2国内研究现状61.4目前尚存在的问题71.5本文的主要工作8第二章垂直轴风力机工作原理与CFD方法112.1垂直轴风力机气动原理112.1.1翼型的定义与空气动力112.1.2垂直轴风力机基本工作原理与结构参数132.1.3垂直轴风力机的性能参数14

2、2.2计算流体力学CFD技术162.2.1CFD的发展与CFX软件162.2.2湍流模型172.2.3移动网格技术202.3本章小结22第三章垂直轴风力机静态启动性能分析233.1静态启动性能仿真计算模型23III3.2计算方法243.3计算结果及分析253.4叶片启动性能影响参数分析263.4.1不同叶片安装半径下的风力机启动性能分析273.4.2不同叶片弦长下的风力机启动性能分析273.4.3不同叶片安装角下的风力机启动性能分析283.4.4不同叶片数下的风力机启动性能分析293.5本章小结29第四章垂直轴风力机动态性能分析与发电机配置3

3、14.1动态工作性能仿真计算模型314.2计算方法324.2.1边界条件的确定324.2.2瞬态计算的处理方法334.3风力机动态输出性能影响参数分析364.3.1不同叶片安装半径下的风力机动态输出性能分析364.3.2不同叶片弦长下的风力机动态输出性能分析384.3.3不同叶片安装角下的风力机动态输出性能分析404.3.4不同叶片数下的风力机动态输出性能分析424.4不同风速下风力机输出性能研究与发电机配置444.4.1发电机的功率输出与调节454.4.2风力机额定风速和发电机额定功率特性的选择464.4.3不同来流风速下风力机功率输出性能

4、分析474.4.4与风力机相适应的发电机性能选配分析494.4.5发电机正常工作时的负载调节504.5本章小结51第五章垂直轴风力机尾流特性研究535.1尾流的形成机理535.2工程实例535.3尾流特征仿真模型54III5.3.1风力机分布545.3.2网格划分与边界设定555.3.3入口处风速梯度565.4计算结果与分析585.5本章小结61第六章总结和展望636.1总结636.2展望64参考文献65致谢71III第一章绪论第一章绪论1.1小型风力机的研究背景与意义1.1.1能源危机与风能利用能源是人类赖以生存和发展的最重要的物质基础，每

5、一次发现新的能源利用方式都会带来人类生产力的巨大提高，从而带来人类文明的进步。第一次工业革命就是源于蒸汽机的发明和使用，第二次工业革命开始于电力的广泛应用。随着上世纪下半叶和本世纪初全世界的发展，人类对能源的消耗日益增长。由于过度依赖煤炭和石油等不可再生矿物燃料，目前世界范围内矿物燃料的总量正在不断减少，价格日益攀高，并且由于燃烧矿物造成有害废气排放，导致地球生态和环境的不断恶化与温室效应。所以目前能源问题及其带来的环境问题成为制约很多发展中国家继续发展的一个关键性问题。由于风能拥有取之不尽，用之不竭，清洁卫生，分布范围广等特点，风能发电成为

6、世界上许多国家可持续发展战略的重要组成部分。据统计，地球表面所接收到的太阳能辐射约有2%转化为风能，其总量十分可观，全球风能总量约为1300亿千瓦，其中可利用风能约为2×107MW。在中国，根据科学家估计，在10m高度层中风能的总能量超过30亿KW，其中可以利用的风能资源约为2.5亿KW[1]。1.1.2小型风力机在离网式发电系统的应用并网式发电系统指的是发电设备输出的电能经过转换成符合电网要求的交流电后，供入电网系统，经电网系统调节支配给各电力用户。离网式发电系统指发电设备产生的电能不经过电网系统，直接将电能供给用电设备。在人口稠密地区，并

7、网式发电系统能够很好地调节电能的供需关系，有着很好的经济与社会效益。但是在海岛、边远山区、牧区以及轮船上，电网很难覆盖到或者覆盖延伸的成本很昂贵时，离网式发电系统此时就能很好的解决人民群众的生产生活用电问题。73第一章绪论目前国内有大型MW级的水平轴风力机，以及小型的数十数百KW的风力机。由于小型风力机属于一次性投资设备，后期费用比较低，供电成本要低于电网延伸的供电方法和利用汽油/柴油发电机发电的供电成本，所以小型风力机对于边远地区用电问题的解决有很大的现实意义[2]。1.2风力机概述1.2.1风力机的分类风力机是将空气动能转换为机械能的装置

8、，风力机可以分为两种类型，一种是旋转轴处于水平方向的水平轴风力机，另一种是旋转轴处于竖直方向上的垂直轴风力机；按照其工作原理，又可分为升力型风力机和阻力型风力机。(