翼型导风筒对水平轴风力机性能影响的研究

摘要

为了提高风力机的气动性能，对风力机优化设计的研究已经成为风力机的研究热点之一。本文以小型水平轴风力机为研究对象，提出了一种新型的翼型导风筒结构，并研究了翼型导风筒相关结构参数对于水平轴风力机气动性能的影响，旨在为提高风力机气动性能提供新的研究途径。
　　采用CFD数值计算及试验测量两种方法，研究了无导风筒风力机的气动性能参数，结果表明两种方式结果基本一致，误差在可接受范围。验证了所采用数值计算方法的可靠性，可为接下来进行翼型导风筒的研究设计所采用数值计算方法提供参考支持。
　　研究了翼型导风筒基础设计曲线所选翼型参数的影响，结果表明当采用合适的翼型为基准时可较好的提高风力机气动性能，采用不同翼型种类所设计的翼型导风筒可以不同程度的提升风力机气动性能。研究了风力机翼型导风筒的进口喉部直径比对于气动性能的影响，结果表明在一定范围内，增加翼型导风筒的进口喉部直径比能不同程度的提高风力机的功率系数，且选择合适进口喉部直径比的翼型导风筒风力机可实现最大功率系数提升8.3％。采用不同角度及采用中间喉部位置加直线段的设计亦可较大程度的提高风力机的功率系数。当风力机外加翼型导风筒时，相较于无翼型导风筒的风力机可不同程度的提高其轴向速度，并可提高叶片吸力面表面与压力面表面的压差，更利于风力机叶轮做功效率的提高。
　　研究了风力机在无导风筒及带翼型导风筒时的单向流固耦合，获取风力机在不同方案中相同工况下的应力应变分布，并进行预应力模态分析。结果表明有无翼型导风筒的风力机方案在相同工况下，风力机叶片变形均从距离叶顶部位的二分之一处开始，叶顶部位最大。翼型导风筒的各设计方案因气动力矩增加导致应力应变增加，但各方案应力应变变形均符合材料强度和刚度要求。

目录

声明

1 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究概况

1.3 本文的主要研究内容

2 风力机气动性能数值计算与试验验证

2.1 引言

2.2 试验验证

2.3 风力机数值计算

2.4 结果分析

2.5 本章小结

3 翼型导风筒对风力机气动性能的影响

3.1 引言

3.2 导风筒设计及计算方法

3.3 计算模型及计算结果分析

3.4 本章小结

4 翼型导风筒对风力机应力的影响

4.1 引言

4.2 流固耦合基本理论

4.3 计算模型与方法

4.4 计算结果及分析

4.5 本章小结

5 全文总结和展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表论文及专利