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1、H 型垂 动性能研究 诠塞握童旦翅；2 Q1 2 生垒目! 窆旦 k厦I曩I-， M S ( L a n z h o uU n i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y ) 2 0 12 At h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e R e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f M a s t e ro fE n g i n e e r i n g H y d r a u l i cM a c h i
2、n e r y i nt h e G r a d u a t eS c h o o l o f L a n z h o uU n i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y S u p e r v i s o r P r o f e s s o rY a n gC o n g x i n M a y , 2 0 1 2 兰州理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均
3、 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：缸永瞬 日期：例夕年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密日。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 日期：川埤 日期Z 勿1 2 年 6A 知日 多月日 1 2 2 垂直轴风力机一4
4、 1 3 国内外风电发展现状一6 1 3 1 国外风电发展现状6 1 3 2 国内风电发展现状6 1 4 国内外垂直轴风力机研究状况一7 1 4 1 国内垂直轴风力机研究现状一7 1 4 2 国内垂直轴风力机研究现状一8 1 5 本课题的研究内容9 第2 章风力机基本理论1 0 2 1 风力机的基本理论10 2 1 1 贝茨理论10 2 1 2 叶素动晕理论1 1 2 2 垂直轴风力机空气动力学设计理论1 3 2 2 1 单流管理论的气动设计模型1 3 2 2 2 多流管理论的气动设计模型一1 3 2 2 3 双向多流管理论的气动设计模型1 4 2 2 4 涡流模型15 第3 章H 型垂直轴风
5、力机风轮初步设计一1 7 3 1 叶片翼型选取1 7 3 2 风轮的设计特点1 9 3 2 1 风力机特征风速的确定1 9 3 3 风轮参数的设计方法2 0 3 3 1 计算风轮的扫风面积2 0 3 3 2 风轮叶片数和弦长的确定2 1 3 3 3 风轮实度0 的选取2 1 - 3 4 风力机风轮设计实例2 2 3 4 1 风力机特征风速的确定2 2 3 4 2 风轮参数的确定2 2 3 5H 型直叶片垂直轴风力机双向多流管理论模型2 3 3 5 1H 型直叶片垂直轴双向多流管理论性能计算步骤2 4 3 6M A l L A B 程J 编辑2 5 3 6 1 模型程序验证2 5 3 6 2 风
6、轮叶片弦长的选定2 7 第4 章H 型垂直轴风力机风轮气动性能分析2 9 4 1 风轮的高径比2 9 4 2 风轮实度3 0 4 2 11 1 - r 片弦长的变化3 0 4 2 2 叶片数最的变化3 2 4 3 本章小结3 3 第5 章H 型垂直轴风力机二维数值模拟3 4 5 1 风力机翼型的基本概念3 4 5 1 1 翼型的几何参数3 4 5 1 2 翼型运动受力分析一3 5 5 1 3 翼型的失速3 5 5 2C F D 基本理论3 6 5 2 1 控制方程一3 7 5 2 2 湍流模型3 7 5 2 3 标准K 一模型3 9 5 2 4S S T K - ( ) 模型4 0 5 2 5
7、 方程的离散和求解方法4 1 - 5 2 6 初始边界条件的设定4 2 5 3 风力机二维翼型模拟4 2 5 3 1 控制方程和湍流模型一4 3 5 3 2 边界条件4 4 5 3 3 计算结果和分析4 4 5 4H 型垂直轴风力机风轮二维模型数值模拟5 0 5 4 1 控制方程及边界条件一5 0 5 4 2 计算方法5 0 5 4 3 计算结果分析一5 2 5 4 4 结论5 7 第6 章结论与展望5 8 。 6 1 本课题主要工作5 8 6 2 今后的研究方向5 9 参考文献6 0 致谢6 3 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录6 4 I I 摘要 垂直轴风力机与水平轴风力术J L
8、* H 比，两者在设汁方f f l f 虽然具有相同的理论基础，但 气动性能却有很大的差异，垂直轴风力机彳 入，而且叶片 在逆风区时会产生较大的反向力矩，降低了转动轴的总力矩，故其能量利用率较 低。从2 0 世纪2 0 年代开始，很多学者对S a v o n i U S 风机的气动性能进行了大量 的风洞实验研究。结果表明，风机的最大能量利用率系数仅能达到0 3 左右。因 硕t “；：卟，沦艾 此，S a v o n i u s 风机通常只适合于小型垂直轴风电机组，用来给抽水没备等供电。 由于阻力型风机的上述局限性，很难实现商业化运作，而升力型风机则恰恰克服 了阻力型的缺陷，现实巾得到广泛应用。
9、升力型垂直轴风力机利用翼型的升力做 功，最典型的是由与萨涡纽斯同时代的法国人达罩厄斯首创的达里厄斯型 ( D a r r i e u st y p e ) 风力机。根据风叶的形状，达罩厄斯型风力机又有多种形式，如 图6 所示的型、H 型、型、Y 型和形等，其中以H型风轮和型J x L 轮最 为典型。D a r r i e u s 型风力机的转速高，旋转惯性大，结构相对简单，适合大型风力 村L。 ；母 多 令 ! 全 旋翼塑 意图 豹缓厶缓鬻 髫缨彩缓 图6 各种形式的D ar rie u s 垂直轴风力机 竞争同益激烈。华锐、金风、近几年的井喷式发展，迅速成长起来，向欧洲等传 统制造商提出了挑
10、战，大型风电机组的竞争也初露端倪。同时风电市场的开发也 逐步向大型开发商集中。 展望未来五年，风电还会持续增长。欧盟有望在2 0 1 5 年将风电装机容量提高 至15 0 - 1 8 0 G W ，平均增速在12 左右；美国2 0 11 年以后风电和太阳能发电支持政 策会出台，风电会出现恢复性增长；印度政府也希望将可再生能源占所有装机容 量的比例提升到3 5 。此外，北非、非洲撒哈拉以南和拉丁美洲也显现出许多令 人振奋的迹象。 1 3 2 国内风电发展现状 2 0 1 0 年，我国除台湾省外其他地区共新增风电装机1 8 9 3 G W ，保持全球新增装 机容量第一的排名。累计风电装机容量4 4 7 3 G W ，超过美国跃居世界第一位。目前 我国有2 9 个省、市、自治区( 不含港、澳、台地区) 有了自己的风电场，其中风 电累计装机超过2
