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Savonius涡轮集群垂直轴风力机气动性能优化研究
1
作者 张鹏 朱金志 朱建阳 《机床与液压》 北大核心 2025年第9期195-202,共8页
为改善现有垂直轴风力机的捕能性能,基于Magnus原理设计一种气动性能增强的Savonius集群风力机。该风力机的Savonius涡轮自转同时还可以公转,具有自动对风功能。通过数值计算方法,研究涡轮数量和涡轮旋向变化对集群风力机气动性能的影响... 为改善现有垂直轴风力机的捕能性能,基于Magnus原理设计一种气动性能增强的Savonius集群风力机。该风力机的Savonius涡轮自转同时还可以公转,具有自动对风功能。通过数值计算方法,研究涡轮数量和涡轮旋向变化对集群风力机气动性能的影响,并与传统基于Naca0018翼型的垂直轴风力机进行了对比。结果表明:随着涡轮数量增加,集群风力机平均风能利用率增大,但相对于孤立涡轮,单个涡轮的输出功率会降低;改变涡轮旋向会影响集群风力机的运动状态,当集群风力机所有涡轮同向自转时,涡轮能够稳定公转,而当涡轮自转旋向不一致时,涡轮会在特定方位角下摆动;与常规基于Naca0018翼型的垂直轴风力机相比,当涡轮数量为3且涡轮逆时针旋转时,集群风力机产生的风能利用率可提升72.34%;当涡轮数量为4且其中一个涡轮顺时针旋转,其余涡轮逆时针旋转时,集群风力机产生的风能利用率可提升265.56%。 展开更多
关键词 垂直轴风力机 集群效应 Magnus原理 Savonius涡轮
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200 kW垂直轴风力机叶片的流固耦合分析
2
作者 李银然 张苏彩 +1 位作者 柳银环 魏魁 《农业工程学报》 北大核心 2025年第10期265-272,共8页
随着风电技术的发展及应用场景的扩大,垂直轴风力机因其结构简单、重心较低等优点逐渐被人们所重视,但垂直轴风力机气动力的波动特性容易引起结构安全性问题。为了探讨垂直轴风力机叶片的结构安全特性,该研究以200 kW垂直轴风力机铝制... 随着风电技术的发展及应用场景的扩大,垂直轴风力机因其结构简单、重心较低等优点逐渐被人们所重视,但垂直轴风力机气动力的波动特性容易引起结构安全性问题。为了探讨垂直轴风力机叶片的结构安全特性,该研究以200 kW垂直轴风力机铝制叶片为研究对象,采用单向流固耦合方法研究垂直轴风力机的气动特性及单一叶片的结构特征。结果表明:风力机运行时,其转矩波动较大,单个叶片的转矩峰值主要集中在迎风侧,风轮旋转一周其转矩呈3峰值与叶片数相对应;分析叶片变形及应力分布特征发现,随着风速的增大,叶片变形和等效应力也随之增大,切出风速下叶片最大应力为18.8 MPa,最大变形值约为8 mm,叶片应力主要集中在叶片与支撑杆连接位置处;叶片变形沿叶片展向呈“W”形,且变形随方位角呈3峰值变化规律,最大变形出现在90°方位角。该研究有助于提升风力机叶片的结构安全性和促进百千瓦级垂直轴风力机的产业化发展。 展开更多
关键词 垂直轴风力机 单向流固耦合 叶片变形 应力分布
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基于数值模拟的S形叶片垂直轴风力机气动性能研究
3
作者 宋磊 王记 +2 位作者 王世博 杨宗霄 苏建新 《机床与液压》 北大核心 2025年第6期175-180,共6页
传统阻力型风力机具有结构简单、风向适应性良好等优点,但风能转化率较低。针对此,构建一种S形叶片垂直轴风力机,以提高风力机输出特性。采用数值模拟方法,对该型风力机的静态特性与动态特性展开研究,分析其气动性能,并与2叶和3叶Savon... 传统阻力型风力机具有结构简单、风向适应性良好等优点,但风能转化率较低。针对此,构建一种S形叶片垂直轴风力机,以提高风力机输出特性。采用数值模拟方法,对该型风力机的静态特性与动态特性展开研究,分析其气动性能,并与2叶和3叶Savonius风力机进行对比。结果表明:3叶S形风力机的气动性能较好,其功率系数为0.228,高于传统2叶Savonius型风力机;其启动性能也较传统风力机要好,平均静扭矩系数为0.292,运转时更为平稳。 展开更多
关键词 垂直轴风力机 数值模拟 气动性能 S形叶片
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主动式分流挡板垂直轴风力机气动特性分析
4
作者 肖奕 叶舟 +1 位作者 余豪 李春 《动力工程学报》 北大核心 2025年第7期1037-1044,共8页
为改善垂直轴风力机流动分离及效率较低等问题,提出了一种主动式分流挡板结构。以NACA0021为基础翼型,采用计算流体力学方法对分流挡板作用下垂直轴风力机叶片瞬时转矩、风能利用系数、平均切向力及压力场进行数值分析。结果表明:分流... 为改善垂直轴风力机流动分离及效率较低等问题,提出了一种主动式分流挡板结构。以NACA0021为基础翼型,采用计算流体力学方法对分流挡板作用下垂直轴风力机叶片瞬时转矩、风能利用系数、平均切向力及压力场进行数值分析。结果表明:分流挡板结构可有效减弱叶片在迎风区范围内由于大攻角而引起的流动分离现象,同时升高叶片转矩,使垂直轴风力机在低叶尖速比下的风能利用系数得到不同程度的提升;挡板位于距叶片前缘0.50c(c为叶片弦长),长度为0.15c及伸出高度为0.04c时,主动式分流挡板垂直轴风力机最高风能利用系数可达0.46,较原始垂直轴风力机提升9.5%。 展开更多
关键词 垂直轴风力机 流动分离 分流挡板 风能利用系数
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考虑可变俯仰角的垂直轴风力机翼型优化设计方法
5
作者 印四华 朱成就 +3 位作者 莫抒志 张明康 汪泉 陈戈 《可再生能源》 北大核心 2025年第1期54-60,共7页
针对设计垂直轴风力机翼型时普遍将俯仰角(θ_(p))设定为固定值,导致不能很好地发挥翼型的气动性能的问题,文章首先提出了一种考虑可变θ_(p)的垂直轴风力机设计方法,并将其应用于翼型优化;然后,基于制动圆柱理论不断迭代计算其功率系数... 针对设计垂直轴风力机翼型时普遍将俯仰角(θ_(p))设定为固定值,导致不能很好地发挥翼型的气动性能的问题,文章首先提出了一种考虑可变θ_(p)的垂直轴风力机设计方法,并将其应用于翼型优化;然后,基于制动圆柱理论不断迭代计算其功率系数(C_p),以极大功率系数直接作为目标函数,利用遗传算法耦合RFOIL软件优化翼型廓线与θ_(p)分布;最后,优化得到垂直轴风力机新翼型VAWT250。与参考翼型AIR001相比,无论是光滑条件,还是粗糙条件,新翼型的气动性能具有明显提升,尤其是粗糙条件,其最大升力系数与升阻比分别提升了16.1%和17.1%;在粗糙条件下,考虑俯仰角时,风力机的最大C_(p)提高了6.81%。该结果对垂直轴风力机翼型的优化设计具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 垂直轴风力机 翼型 俯仰角 制动圆柱理论 功率系数
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5 MW垂直轴风力机结构设计研究
6
作者 朱海波 缪维跑 +2 位作者 李春 王海生 岳敏楠 《机械强度》 北大核心 2025年第2期120-129,共10页
垂直轴风力机因其易大型化优势逐渐成为研究热点,但涉及结构方面的研究较为有限。因此,以5 MW垂直轴风力机为研究对象,提出了满足结构性能需求的叶片及支撑杆复合材料铺层设计方案。通过计算流体力学方法获得极端环境下气动载荷并加载... 垂直轴风力机因其易大型化优势逐渐成为研究热点,但涉及结构方面的研究较为有限。因此,以5 MW垂直轴风力机为研究对象,提出了满足结构性能需求的叶片及支撑杆复合材料铺层设计方案。通过计算流体力学方法获得极端环境下气动载荷并加载至风力机表面,利用有限元方法对其进行静力学及模态分析。结果表明,提出的风力机叶片、支撑杆及塔架等主要结构部件在极端载荷下有足够的安全性,其最大位移位于叶片尾缘顶部,最大应力位于塔架与支撑杆连接处,最大应变位于与支撑杆接触的叶片腹板;停机迎风状态下垂直轴风力机风轮仍存在较强的扭转载荷特征;风轮工作频率小于风力机1阶固有频率,且其相对差超过10%,风轮在额定条件下不会发生共振。 展开更多
关键词 垂直轴风力机 叶片 复合材料 结构设计 有限元分析
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气动双弹片对垂直轴风力机气动性能影响研究
7
作者 俞洪静 岳敏楠 +3 位作者 李春 缪维跑 王培麟 黄浩达 《太阳能学报》 北大核心 2025年第1期25-33,共9页
针对叶片流动分离导致垂直轴风力机气动性能下降,基于鸟类羽毛随阵风轻微抬起维持气流在其外翼再附着的特点,在叶片两侧加装气动弹片,通过计算流体动力学方法研究其对垂直轴风力机的作用机理以及对其气动性能的影响,并基于动态模态分解... 针对叶片流动分离导致垂直轴风力机气动性能下降,基于鸟类羽毛随阵风轻微抬起维持气流在其外翼再附着的特点,在叶片两侧加装气动弹片,通过计算流体动力学方法研究其对垂直轴风力机的作用机理以及对其气动性能的影响,并基于动态模态分解对比分析气动弹片作用下垂直轴风力机尾迹流场模态特征。结果表明:气动双弹片可抑制叶片表面流动分离,提升整机气动性能,有效增加流场稳定性;可大幅提升垂直轴风力机叶片瞬时转矩、切向力及翼型吸力面压力系数,且使低尖速比成为最佳尖速比,有效提高自启动性能及运行过程中的稳定性,从而提升垂直轴风力机气动性能,流场动态模态分解表明双弹片有助于抑制尾流涡强度。 展开更多
关键词 垂直轴风力机 气动性能 流动分离 计算流体动力学 气动双弹片
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U型垂直轴风力机的概念及其可行性研究
8
作者 程碧懿 屈孝斌 +2 位作者 周智明 魏炯辉 姚英学 《太阳能学报》 北大核心 2025年第7期328-335,共8页
为有效解决垂直轴风力机易断轴、难做大等结构问题,提出一种U型垂直轴风力机的构型方案。介绍该风力机的基本组成和工作过程,建立并验证垂直轴风力机的有限元仿真模型。建立U型垂直轴风力机的抗倾覆力学模型,完成U型支撑构件、铰链机构... 为有效解决垂直轴风力机易断轴、难做大等结构问题,提出一种U型垂直轴风力机的构型方案。介绍该风力机的基本组成和工作过程,建立并验证垂直轴风力机的有限元仿真模型。建立U型垂直轴风力机的抗倾覆力学模型,完成U型支撑构件、铰链机构、滚轮部件、车体单元的载荷分析。基于组合变形理论和交变应力-疲劳寿命分析理论,建立主支撑构件静强度疲劳寿命的数学模型。应用静力学仿真模型,分析加强支撑构件对风轮变形的影响作用。研究结果表明,U型垂直轴风力机采用翼型截面的斜置主支撑梁代替垂直主轴,下压式滚轮部件和承载式车体系统能有效地防止风轮发生倾覆,车体单元的运行速度为97.2 km/h(即27 m/s)以内,U型与H型风轮在主支撑构件危险截面的交变应力幅值比小于0.9,U型风轮的使用寿命至少是H型的2.34倍,绳索减少约60%的风轮变形,有效降低了风轮的质量。 展开更多
关键词 垂直轴风力机 概念设计 静力学分析 结构载荷 疲劳寿命
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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 被引量：2
9
作者 李岩 马云飞 +2 位作者 佟国强 杨胜兵 肖振军 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期265-272,共8页
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... 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%. 展开更多
关键词 垂直轴风力机 聚风装置 B-Spline曲线 启动性能 数值模拟
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三种流动控制方法对H型垂直轴风力机性能影响的对比分析 被引量：1
10
作者 刘永飞 陈微圣 孙晓晶 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期105-115,共11页
采用数值模拟的方法,分别以基于NACA0021和NACA0018翼型表面带吸气缝叶片的升力型垂直轴风力机为二维、三维研究对象,研究叶片表面施加吸气对提高升力型(H型)垂直轴风力机叶片做功性能的效果。通过开展二维模拟研究,探究多吸气缝在叶片... 采用数值模拟的方法,分别以基于NACA0021和NACA0018翼型表面带吸气缝叶片的升力型垂直轴风力机为二维、三维研究对象,研究叶片表面施加吸气对提高升力型(H型)垂直轴风力机叶片做功性能的效果。通过开展二维模拟研究,探究多吸气缝在叶片吸力面上的位置对垂直轴风力机气动性能的影响,并对比研究吸气和吹气这两种常用的主动流动控制方法提升垂直轴风力机风能利用净效率的区别。在此基础上,对叶片表面采用吸气控制的垂直轴风力机进行三维数值模拟分析,并将其获能特性与采用波浪前缘叶片即被动流动控制后的垂直轴风力机的性能进行了比较。结果表明,当多吸气缝位置位于距离叶片前缘10%~15%弦长区域范围内时,能最好地抑制垂直轴风力机叶片表面的流动分离,改善叶片的气动性能。与吹气控制方法相比,叶片表面采用吸气控制后的风力机的风能利用净效率在全叶尖速比下的增幅更加明显;而与波浪前缘控制方法相比,采用吸气控制后风力机风能利用净效率在低尖速比下提升效果更为显著,最大提升幅度可达到140%。该文研究结果表明吸气方式可使垂直轴风力机的效率在较大的运行工况内都有明显提高,与吹气和波浪前缘的方法相比在提升风力机气动性能效果方面更为显著,因此也更具工程应用的潜力和优势。 展开更多
关键词 数值模拟 垂直轴风力机 流动控制 吸气 气动性能
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复合载荷作用下H型垂直轴风力机叶片结构多目标优化 被引量：1
11
作者 周兴明 周井玲 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2024年第4期153-159,145,共8页
为改善气动力、离心力和重力等复合载荷作用下的H型垂直轴风力机叶片的结构性能,提出一种多目标优化方法。以质量和最大应力最小为目标,最大变形为约束建立优化模型。通过流固耦合(Fluid-Structure-Interaction,FSI)方法,实现叶片表面... 为改善气动力、离心力和重力等复合载荷作用下的H型垂直轴风力机叶片的结构性能,提出一种多目标优化方法。以质量和最大应力最小为目标,最大变形为约束建立优化模型。通过流固耦合(Fluid-Structure-Interaction,FSI)方法,实现叶片表面压力的实时准确提取,建立复合载荷作用下的叶片有限元模型;基于最优空间填充(Optimal Space-Filling,OSF)方法和Kriging模型建立各变量对应力、质量和变形的响应面模型,进行灵敏度和变化趋势分析;最后采用多目标遗传算法(Multi-Objective Genetic Algorithm,MOGA)获得各变量的最优解,并进行结果验证。结果表明,优化后叶片质量减少了14.7%,各方位角下的最大应力减幅最大为7.8%,最大变形减幅最大为16.7%。研究结果可为复合载荷作用下叶片的结构优化设计提供参考。 展开更多
关键词 垂直轴风力机 叶片 流固耦合 KRIGING模型 多目标遗传算法
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基于田口方法与CFD相结合的垂直轴风力机优化研究 被引量：1
12
作者 刘文昊 朱建阳 汪超 《机床与液压》 北大核心 2024年第12期134-142,共9页
为了进一步提升垂直轴风力机在低风速复杂城市风场中的捕能效率,采用CFD数值计算和田口试验相结合的方法,研究实度(σ)、桨距角(β)、阻尼(C_(d))和密度比(ρ^(*))对五叶片垂直轴风力机(VAWT)气动性能的影响。将风力机的转动控制方程与... 为了进一步提升垂直轴风力机在低风速复杂城市风场中的捕能效率,采用CFD数值计算和田口试验相结合的方法,研究实度(σ)、桨距角(β)、阻尼(C_(d))和密度比(ρ^(*))对五叶片垂直轴风力机(VAWT)气动性能的影响。将风力机的转动控制方程与流场控制方程联合求解,在数值计算中考虑风力机与流体的相互作用。研究结果表明:实度、桨距角、阻尼和密度比的变化对垂直轴风力机的气动性能有重要影响,在最优的参数组合下,五叶片VAWT的捕能效率可以达到13.537%。此外,通过对田口试验结果的分析,得到所研究的4个特征参数对五叶片VAWT气动性能的影响程度依次为:σ>C_(d)>β>ρ^(*)。 展开更多
关键词 数值模拟 田口方法 气动性能 垂直轴风力机
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基于NSGA-Ⅱ与CFD的H型垂直轴风力机翼型优化设计
13
作者 张念 郑凯 +1 位作者 董兴辉 柳亦兵 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2024年第12期130-136,共7页
为解决因垂直轴风力机叶片的传统配比式研究灵活性不足而导致产生局部最优解的问题,使垂直轴风力机在应对复杂多变的实际问题时有更佳的转化效率,针对在役翼型的升力系数、阻力系数等多项气动性能指标进行优化,以提高空气动力学性能。... 为解决因垂直轴风力机叶片的传统配比式研究灵活性不足而导致产生局部最优解的问题,使垂直轴风力机在应对复杂多变的实际问题时有更佳的转化效率,针对在役翼型的升力系数、阻力系数等多项气动性能指标进行优化,以提高空气动力学性能。通过采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithms-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)进行寻优并结合翼型参数化得到优化翼型,然后对优化翼型各气动性能指标进行仿真验证。结果表明:优化翼型空气动力学性能有了显著提升,升阻比提高了20.85%、升力系数提高了17.35%且阻力系数降低了2.91%。验证结果表明:优化翼型较原始翼型风能转化效率有了一定提升,在低风速下,优化翼型所对应的垂直轴风力机有更良好的自启动能力且适应的风速更大、风能转化效率更高。此优化设计将带精英策略的快速非支配排序遗传算法与计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真相结合,可为垂直轴风力机风能转化效率的提升研究提供新的思路。 展开更多
关键词 垂直轴风力机 翼型参数化 非支配排序遗传算法 精英策略 空气动力学性能
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基于CFD与田口方法的H型垂直轴风力机气动性能优化
14
作者 刘恒序 李全宇 +3 位作者 葛炜 周书敏 于笑难 陈海龙 《新能源进展》 CSCD 北大核心 2024年第6期634-641,共8页
风力机结构优化对提高能源转换效率至关重要。为低成本探究叶片数量(n)、半径(R)、展弦比(μ)和安装角(β)四个结构参数对垂直轴风力机气动性能的影响,采用基于田口方法的正交试验设计和改进的加性模型,确定了使风力机功率输出最大化的... 风力机结构优化对提高能源转换效率至关重要。为低成本探究叶片数量(n)、半径(R)、展弦比(μ)和安装角(β)四个结构参数对垂直轴风力机气动性能的影响,采用基于田口方法的正交试验设计和改进的加性模型,确定了使风力机功率输出最大化的最优设计参数,并进行了CFD数值验证研究。结果表明,利用田口法结合改进的加性模型,能够准确确定最优的参数组合及各因素对其气动性能的影响程度。分析得出在n=3、R=2.5 m、μ=8、β=-3°时,风力机性能最强;而在n=5、R=1.0 m、μ=5、β=0°时性能最弱。与最差构型相比,最优构型的平均功率系数提升了66.12%;四个因素对垂直轴风力机效率的影响程度大小为R>n>β>μ。 展开更多
关键词 垂直轴风力机 田口方法 特性优化 CFD模拟
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垂直轴风力机变桨规律及气动性能优化研究
15
作者 许恩豪 周井玲 周兴明 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2024年第11期153-159,共7页
以H型Darrieus垂直轴风力机为研究对象,基于最大切向力原则和Fourier函数,提出了一种适用于不同叶尖速比的变桨策略,即基于最大切向力原则确定最优攻角,进而生成理论变桨规律曲线;同时为保证变桨规律的周期性和便于实施,将理论变桨规律... 以H型Darrieus垂直轴风力机为研究对象,基于最大切向力原则和Fourier函数,提出了一种适用于不同叶尖速比的变桨策略,即基于最大切向力原则确定最优攻角,进而生成理论变桨规律曲线;同时为保证变桨规律的周期性和便于实施,将理论变桨规律曲线离散成控制点,采用Fourier函数进行二次优化拟合,进而以数值模拟的方式,从垂直轴风力机的静态启动性能及动态输出性能方面研究变桨规律对其气动性能的影响。结果表明,变桨后垂直轴风力机各叶尖速比的功率系数显著提升,且提升效果在叶尖速比较低时尤为显著,最优叶尖速比为1.25,其功率系数峰值提升了13.5%;同时垂直轴风力机各相位角的静态启动性能大幅提升,静态力矩系数最大处较变桨前提升了261.1%。研究结果可为垂直轴风力机的气动性能优化提供参考依据。 展开更多
关键词 垂直轴风力机 变桨规律 功率系数 启动性能
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带局部运动表面叶片的H型垂直轴风力机非定常流场的DMD模态分析
16
作者 孔震雨 张馨艺 孙晓晶 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期501-510,共10页
该文对采用局部运动表面的方法在小尖速比下改善风力机获能效率的效果进行三维数值模拟计算。结果表明,在低叶尖速比下,风力机叶片表面采用局部运动表面流动控制后能够有效抑制叶片表面的流动分离,显著提升风力机的获能效率。通过动力... 该文对采用局部运动表面的方法在小尖速比下改善风力机获能效率的效果进行三维数值模拟计算。结果表明,在低叶尖速比下,风力机叶片表面采用局部运动表面流动控制后能够有效抑制叶片表面的流动分离,显著提升风力机的获能效率。通过动力学模态分解(DMD)方法分别对原始风力机和叶片表面施加局部运动表面控制的风力机周围流场的速度场进行模态分解,通过分析对比各模态的流场特征,发现叶片施加主动控制后的风力机尾流中脉动场的能量有明显变化:与风力机主频相近的模态能量得到显著降低,单倍主频和双倍主频的模态能量均有所降低且下降幅度达到60%,脉动流场的高能结构得到有效抑制,从而有助于提高风力机气动性能的同时加快其后部尾迹的恢复。 展开更多
关键词 局部运动表面 垂直轴风力机 流场特性 动力学模态分解
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翼型厚度及风速对垂直轴风力机气动性能影响研究
17
作者 徐贤申 宋磊 +1 位作者 杨宗霄 吴延峰 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第10期272-276,共5页
为研究翼型厚度及风速对垂直轴风力机气动性能的影响,选择NACA2412、NACA2415、NACA2418三种不同厚度翼型的垂直轴风力机在不同风速条件下,基于滑移网格法和剪切应力输运(SST)k-ω湍流模型对其进行性能仿真研究。通过对比功率系数C_(P)... 为研究翼型厚度及风速对垂直轴风力机气动性能的影响,选择NACA2412、NACA2415、NACA2418三种不同厚度翼型的垂直轴风力机在不同风速条件下,基于滑移网格法和剪切应力输运(SST)k-ω湍流模型对其进行性能仿真研究。通过对比功率系数C_(P)、力矩系数C_(M)及平均功率P,分析了翼型厚度及风速对垂直轴风力机气动性能的影响。结果表明:在低叶尖速比时,增大翼型厚度不仅提高了风力机的功率系数及力矩系数,还增大了风力机高效运行的叶尖速比范围,提高风力机最大功率系数的同时降低了最佳转速。而风速对风力机的输出功率有着较大影响。研究结果可为风力机的结构设计与优化提供参考。 展开更多
关键词 垂直轴风力机 气动性能 翼型厚度 风速
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新型Senegal式垂直轴风力机结构优化设计
18
作者 李争 赵龙 +2 位作者 张杰 谢奇龙 孙鹤旭 《河北科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第6期609-617,共9页
针对垂直轴风力机风能利用率略低于水平轴风力机的问题,提出一种基于塞内加尔(Senegal)型风机的新型风力机。首先,利用贝塞尔曲线函数对转子叶片的弧度进行优化,并利用SOLIDWORKS软件进行建模,得出4种不同弧度曲线的叶片;其次,利用计算... 针对垂直轴风力机风能利用率略低于水平轴风力机的问题,提出一种基于塞内加尔(Senegal)型风机的新型风力机。首先,利用贝塞尔曲线函数对转子叶片的弧度进行优化,并利用SOLIDWORKS软件进行建模,得出4种不同弧度曲线的叶片;其次,利用计算流体动力学(CFD)模型分别对不同叶尖速比(TSR)下的风能利用率、力矩系数等参数,以及风力机的压力分布图和速度分布图等图表进行对比分析,同时对比其尾流特性;最后,搭建实验平台验证仿真模拟实验的合理性。结果表明,优化叶型有效提高了改良Senegal阻力型垂直轴风力机的风能利用率,A4型叶片具有较高的风能利用率,达到26.31%,相较于A1型风力机提高了约36%。所设计的新型风力机结构具有优越的发电性能,可为垂直轴风力发电机领域的方案设计提供参考。 展开更多
关键词 风能 垂直轴风力机 结构优化 风能利用率 计算流体力学 气动性能
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襟翼对垂直轴风力机性能影响的数值模拟 被引量：28
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作者 徐璋 王茜 +1 位作者 皇甫凯林 钟英杰 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第9期715-719,共5页
采用能够模拟风力机转子与定子间相互作用的滑移网格技术对NACA0015三叶片直翼式垂直轴风力机进行了二维非定常数值模拟,在此基础上对翼型上、下表面分别加装高度为2%翼型弦长的不同形式襟翼,对4种襟翼改型进行了转矩系数和功率系数的... 采用能够模拟风力机转子与定子间相互作用的滑移网格技术对NACA0015三叶片直翼式垂直轴风力机进行了二维非定常数值模拟,在此基础上对翼型上、下表面分别加装高度为2%翼型弦长的不同形式襟翼,对4种襟翼改型进行了转矩系数和功率系数的研究并与原型进行了对比.结果表明:NACA0015三叶片直翼式垂直轴风力机在尖速比为3.5时达到最大输出功率;内侧格尼襟翼比原型的输出功率最大可提高约4%;流线型襟翼对降低风力机的运行阻力起到一定作用;当尖速比提高到4以后,由于风力机的运行阻力大幅度增加,叶片加装襟翼反而会降低垂直风力机的功率. 展开更多
关键词 垂直轴风力机 格尼襟翼 滑移网格 功率系数 数值模拟
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H型垂直轴风力机气动参数对主轴偏振效应的影响 被引量：2
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作者 张立军 米玉霞 +4 位作者 赵昕辉 马东辰 马文龙 王旱祥 刘静 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期3105-3112,共8页
针对1种1.5 MW H型对称翼垂直轴风力机(VAWT),采用双致动盘多流管理论,分析主轴偏振效应的产生机理,提出采用变差系数来衡量主轴合成力的振荡程度,并对不同风力机参数对偏振效应的影响进行分析。研究结果表明:风力机叶片在旋转1周范围... 针对1种1.5 MW H型对称翼垂直轴风力机(VAWT),采用双致动盘多流管理论,分析主轴偏振效应的产生机理,提出采用变差系数来衡量主轴合成力的振荡程度,并对不同风力机参数对偏振效应的影响进行分析。研究结果表明:风力机叶片在旋转1周范围内产生的气动力合成到主轴位置上后不能互相抵消,发生振荡且作用方向不定;对于大型垂直轴风力机,风剪效应的存在有利于降低主轴偏振效应;在H型垂直轴风力机气动设计中,当叶片数为3片时,主轴振动幅度最小;当高径比为0.5088时,主轴振动幅度最小;当展弦比为14.2015时,主轴振动幅度最小。 展开更多
关键词 垂直轴风力机(vawt) 偏振效应 风剪效应 展弦比
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