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1、分类号： TB12 学号： 1031001050UDC： 531 密级： 无硕士学位论文垂直轴风力机仿真与应用研究张 建 新指导教师姓名： 蔡 新 教授 河海大学力学与材料学院申请学位级别： 工学硕士 专 业 名 称： 工程力学论文提交日期： 2013 年 5月 论文答辩日期：2013年 5月 21日学位授予单位和日期： 河海大学 2013年 6月 日答辩委员会主席： 论文评阅人：2013年5月 中国南京分类号(中图法) ： TB12 UDC(DDC) ： 531 密级： 无论文作者姓名： 张建新 学号： 1031001050 单位： 河海大学论文中文题名： 垂直轴风力机仿真与应用研究论文中文
2、副题名： 无论文英文题名： ThesimulationandApplicationResearchoftheverticalaxiswindturbine论文英文副题名： None论文语种：汉语 论文摘要语种：汉、英论文页数：71 论文字数： 3.0 (万)论文主题词：垂直轴风力机、CFD数值模拟、风能利用、 尾流效应申请学位级别：工学硕士 专业名称称： 工程力学研究方向： 计算力学与工程仿真指导教师姓名：蔡新 教授 导师单位：河海大学力学与材料学院论文答辩日期： 2013 年 5 月 21 日ThesimulationandApplicationResearchoftheverticalax
3、iswindturbineDissertation Submitted toHoHaiUniversityIn fulfillment oftherequirementForthedegreeofMasterofEngineeringbyJianxin Zhang(CollegeofMechanicsandMaterials)Dissertation Supervisor: Professor Xin CaiMay,2013 Nanjing, P.R.China学位论文独创性声明：本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内
4、容和文中的试验数据外，本学位论文的研究成果不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。如不实，本人负全部责任本 。论文作者(签名)：_ 2013 年 5 月 日学位论文使用授权说明：河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂g5639g12142g7481权g1549g11145本人所g17969交学位论文的g3901g2464g1318或电子文g7827，g2591以g18423用g5529g2464、g13657g2464或其他g3901g2464g6267g8677g15
5、49g4488论文。本人电子文g7827的内容和g13544g17240论文的内容g11560g1072g14372。除在g1549g4598期内的论文g1549g4598外，g1905g16872论文g16091g7701g19509和g1615g19509。论文全部或部g2102内容的g1948g5424(包g6428刊g11435)授权河海大学研究g11087g19602g2254g10806。论文作者(签名)：_ 2013 年 5 月 日g6792g16305摘要以H型垂直轴风力机为研究对象，基于计算流体力学CFD理论，采用稳态和瞬态流体计算方法及CFX数值计算软件，研究改善H型垂直轴
6、风力机的启动和捕获风能的性能，选择各风速下与风力机相适配的发电机，并研究在风场中如何布置垂直轴风力机，为H型垂直轴风力机的设计提供参考。本文的工作如下：(1)阐述了垂直轴风力机空气动力学基础如翼型和翼型的空气动力特征、风力机的工作原理与参数；介绍了CFX软件以及湍流数值模型和滑移网格技术。通过对湍流数值模型等理论的探讨，为下文的模拟分析提供理论依据。(2)论述了垂直轴风力机启动性能研究的重要性，运用三维CFD技术，结合剪切力输运SST-湍流模型，模拟分析了全尺寸垂直轴风力机的安装半径、叶片弦g19375、安装g16386g5334和叶片数g11550g3339g1114参数对g1958g143
7、62启动性能的g5537g2813。(3)g7785据g21718g1915g20636g7135特g3927学的风力机g4558体，g5418g12539基于移动网格技术g1082的瞬态CFD模型，研究了各参数对于垂直轴风力机的g2255g10679输g2090、g17820g11801输g2090和风能g2137用g10679等性能的g5537g2813；g17928研究了g1085g2620风速下垂直轴风力机输g2090特性，并g11934g4554g7472g1443g2255g10679输g2090g7458g13551，选g2566与风力机相适配的发电机，以及g8595g5224工
8、作g7206发电机的g17231g17837g16947g14514。(4)g5445g1941风速g7903g5334g8114g5669，g7785据g10894g3867Falkenbergg5170风力机g11599g4558空g19492g6594布，运用数值模拟方法计算g2090g1082g9320风力机对下g9320风力机输g2090g2255g10679的g5537g2813，并数值模拟研究了风力机的g4718流特征，g5575g2090了g3914g2592风力机g6594布的g5418g16862。g1955g19294g16893：垂直轴风力机；CFD；启动性能；动态输g
9、2090；风速g7903g5334；g4718流AbstractAbstractIn this thesis, the H-shaped vertical-axis wind turbine is studied, by usingcomputational fluid dynamics theory. Combined with the steady-state and transientfluid calculation methods and numerical calculation software CFX, the purpose of theresearch is to impr
10、ove the start-up and capture performance of the H-shapedvertical-axis wind turbine，and provides a theory reference to choose generator whichadapted to wind turbine, and how to lay out a vertical axis wind turbine in a windfarm.All these provide a reference for the H-shaped vertical-axis wind turbine
11、 design.The main work ofthis thesis isas follows:Firstly, aerodynamics of vertical axis wind turbine is introduced，such as airfoil,aerodynamic characteristics of airfoil, operation principle and parameters; CFX andturbulence numerical model and Sliding mesh were also introduced.All these providea ba
12、sic theoretical of turbulence numerical model for the simulation and analysis ofthefollowing.Secondly, the importance of start-up performance of the vertical axis windturbine is presented. The impact of four parameters (including installation radius、blade chord、installation angle and blade number) o
13、n the start-up performance of thefull-size vertical axis wind turbine are simulated and analyzed by usingthree-dimensional CFD technology, combined with the shear stress transport SST -turbulence model.Thirdly, according to the wind turbine of McMaster University, The impact ofeach parameters on pow
14、er output, torque output and wind energy utilization areanalyzed, by using transient CFD model based on the moving mesh. The relationshipbetween the output power characteristics and the rotational speed in different windspeed is studied, and the optimum power output curve is determined. The operatin
15、gcharacteristics curve of generators adapt to the best power output of the wind turbinewas selected in order to achieve maximum wind energy utilization. The loadregulation is also described when the generators work properly, to ensure that theoutput power ofgenerator isat maximum efficiency.g8931g91
16、27g3927g4502g11909g3867g16874g7095 g3506g11556g17828g20222g2251g7530g1327g11599g1086g5316g11096g11844g12454Finally，the concept of wind velocity profile is introduce. Effects of upstreamwind turbine to downstream wind turbine in output power are calculated by usingnumerical simulation methods according to the distribution of the wind turbines in theSwiss city of Falkenberg.And the wake characteristics of wind turbine are st
