垂直軸風(fēng)力機(jī)仿真與應(yīng)用研究論文

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1、垂直軸風(fēng)力機(jī)仿真與應(yīng)用研究畢業(yè)論文目錄第一章緒論11.1小型風(fēng)力機(jī)的研究背景與意義11.1.1能源危機(jī)與風(fēng)能利用11.1.2小型風(fēng)力機(jī)在離網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用11.2風(fēng)力機(jī)概述21.2.1風(fēng)力機(jī)的分類21.2.2垂直軸風(fēng)力機(jī)的優(yōu)點(diǎn)31.3垂直軸風(fēng)力機(jī)研究現(xiàn)狀與進(jìn)展41.3.1國外研究現(xiàn)狀41.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀61.4目前尚存在的問題71.5本文的主要工作8第二章垂直軸風(fēng)力機(jī)工作原理與CFD方法112.1垂直軸風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)原理112.1.1翼型的定義與空氣動(dòng)力112.1.2垂直軸風(fēng)力機(jī)基本工作原理與結(jié)構(gòu)參數(shù)132.1.3垂直軸風(fēng)力機(jī)的性能參數(shù)14

2、2.2計(jì)算流體力學(xué)CFD技術(shù)162.2.1CFD的發(fā)展與CFX軟件162.2.2湍流模型172.2.3移動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)202.3本章小結(jié)22第三章垂直軸風(fēng)力機(jī)靜態(tài)啟動(dòng)性能分析233.1靜態(tài)啟動(dòng)性能仿真計(jì)算模型23III3.2計(jì)算方法243.3計(jì)算結(jié)果及分析253.4葉片啟動(dòng)性能影響參數(shù)分析263.4.1不同葉片安裝半徑下的風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)性能分析273.4.2不同葉片弦長下的風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)性能分析273.4.3不同葉片安裝角下的風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)性能分析283.4.4不同葉片數(shù)下的風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)性能分析293.5本章小結(jié)29第四章垂直軸風(fēng)力機(jī)動(dòng)態(tài)性能分析與發(fā)電機(jī)配置3

3、14.1動(dòng)態(tài)工作性能仿真計(jì)算模型314.2計(jì)算方法324.2.1邊界條件的確定324.2.2瞬態(tài)計(jì)算的處理方法334.3風(fēng)力機(jī)動(dòng)態(tài)輸出性能影響參數(shù)分析364.3.1不同葉片安裝半徑下的風(fēng)力機(jī)動(dòng)態(tài)輸出性能分析364.3.2不同葉片弦長下的風(fēng)力機(jī)動(dòng)態(tài)輸出性能分析384.3.3不同葉片安裝角下的風(fēng)力機(jī)動(dòng)態(tài)輸出性能分析404.3.4不同葉片數(shù)下的風(fēng)力機(jī)動(dòng)態(tài)輸出性能分析424.4不同風(fēng)速下風(fēng)力機(jī)輸出性能研究與發(fā)電機(jī)配置444.4.1發(fā)電機(jī)的功率輸出與調(diào)節(jié)454.4.2風(fēng)力機(jī)額定風(fēng)速和發(fā)電機(jī)額定功率特性的選擇464.4.3不同來流風(fēng)速下風(fēng)力機(jī)功率輸出性能

4、分析474.4.4與風(fēng)力機(jī)相適應(yīng)的發(fā)電機(jī)性能選配分析494.4.5發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)的負(fù)載調(diào)節(jié)504.5本章小結(jié)51第五章垂直軸風(fēng)力機(jī)尾流特性研究535.1尾流的形成機(jī)理535.2工程實(shí)例535.3尾流特征仿真模型54III5.3.1風(fēng)力機(jī)分布545.3.2網(wǎng)格劃分與邊界設(shè)定555.3.3入口處風(fēng)速梯度565.4計(jì)算結(jié)果與分析585.5本章小結(jié)61第六章總結(jié)和展望636.1總結(jié)636.2展望64參考文獻(xiàn)65致謝71III第一章緒論第一章緒論1.1小型風(fēng)力機(jī)的研究背景與意義1.1.1能源危機(jī)與風(fēng)能利用能源是人類賴以生存和發(fā)展的最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，每

5、一次發(fā)現(xiàn)新的能源利用方式都會(huì)帶來人類生產(chǎn)力的巨大提高，從而帶來人類文明的進(jìn)步。第一次工業(yè)革命就是源于蒸汽機(jī)的發(fā)明和使用，第二次工業(yè)革命開始于電力的廣泛應(yīng)用。隨著上世紀(jì)下半葉和本世紀(jì)初全世界的發(fā)展，人類對能源的消耗日益增長。由于過度依賴煤炭和石油等不可再生礦物燃料，目前世界范圍內(nèi)礦物燃料的總量正在不斷減少，價(jià)格日益攀高，并且由于燃燒礦物造成有害廢氣排放，導(dǎo)致地球生態(tài)和環(huán)境的不斷惡化與溫室效應(yīng)。所以目前能源問題及其帶來的環(huán)境問題成為制約很多發(fā)展中國家繼續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵性問題。由于風(fēng)能擁有取之不盡，用之不竭，清潔衛(wèi)生，分布范圍廣等特點(diǎn)，風(fēng)能發(fā)電成為

6、世界上許多國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球表面所接收到的太陽能輻射約有2%轉(zhuǎn)化為風(fēng)能，其總量十分可觀，全球風(fēng)能總量約為1300億千瓦，其中可利用風(fēng)能約為2×107MW。在中國，根據(jù)科學(xué)家估計(jì)，在10m高度層中風(fēng)能的總能量超過30億KW，其中可以利用的風(fēng)能資源約為2.5億KW[1]。1.1.2小型風(fēng)力機(jī)在離網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用并網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)指的是發(fā)電設(shè)備輸出的電能經(jīng)過轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)要求的交流電后，供入電網(wǎng)系統(tǒng)，經(jīng)電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)支配給各電力用戶。離網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)指發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的電能不經(jīng)過電網(wǎng)系統(tǒng)，直接將電能供給用電設(shè)備。在人口稠密地區(qū)，并

7、網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)能夠很好地調(diào)節(jié)電能的供需關(guān)系，有著很好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。但是在海島、邊遠(yuǎn)山區(qū)、牧區(qū)以及輪船上，電網(wǎng)很難覆蓋到或者覆蓋延伸的成本很昂貴時(shí)，離網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)此時(shí)就能很好的解決人民群眾的生產(chǎn)生活用電問題。73第一章緒論目前國內(nèi)有大型MW級的水平軸風(fēng)力機(jī)，以及小型的數(shù)十?dāng)?shù)百KW的風(fēng)力機(jī)。由于小型風(fēng)力機(jī)屬于一次性投資設(shè)備，后期費(fèi)用比較低，供電成本要低于電網(wǎng)延伸的供電方法和利用汽油/柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電的供電成本，所以小型風(fēng)力機(jī)對于邊遠(yuǎn)地區(qū)用電問題的解決有很大的現(xiàn)實(shí)意義[2]。1.2風(fēng)力機(jī)概述1.2.1風(fēng)力機(jī)的分類風(fēng)力機(jī)是將空氣動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置

8、，風(fēng)力機(jī)可以分為兩種類型，一種是旋轉(zhuǎn)軸處于水平方向的水平軸風(fēng)力機(jī)，另一種是旋轉(zhuǎn)軸處于豎直方向上的垂直軸風(fēng)力機(jī)；按照其工作原理，又可分為升力型風(fēng)力機(jī)和阻力型風(fēng)力機(jī)。(