无叶片风力发电静电雾化系统电场特性研究

摘要

风能是一种可再生无污染的的绿色能源。无叶片风力发电技术利用静电场作用使得液滴雾化荷电，在风的作用下，雾化液滴往电场力反方向运动，从而增加系统整体电势能，实现风能到电能的转换，可以克服传统的风力发电噪声大、制造和运维成本高等缺点。整个系统中，电场分布对于雾化液滴荷电的效果具有重要影响，本文针对这一问题展开研究，构建不同静电电极及雾化喷针结构的电场分布数值分析模型，提出系统结构参数的优化设计方法。　　主要研究内容包括：（1）无叶片静电风力发电系统和静电雾化的基本理论的分析，通过电场原理和微积分的原理，建立圆环电极、三角形电极、四边形电极、六边形电极形成的空间电场的电势和电场强度的数值分析模型，在此基础上，基于matlab和maxwell软件平台，对不同电极结构的电场分布进行数值仿真；（2）通过静电场叠加原理和微积分等数学原理，建立多个圆柱形电极空间电场分布的数值分析模型并进行数值模拟，结果表明，多个电极电场叠加的空间电场分布规律与单个电极一致，但是叠加的结果呈现非线性；（3）根据静电雾化原理和瑞丽极限的数值推演，得出圆柱形电极适用于阵列式雾化电极结构，可用于构建大功率静电发电系统，但多个电极同时进行雾化时，单个电极的电场分布会产生变化，变化的幅度都不大，电场的叠加呈现非线性，即应用多个圆柱形电极进行静电雾化时，每个电极产生的电场相对稳定，并具有相同的分布规律；（4）搭建了静电雾化实验装置，对不同结构的电极和不同数量的电极产生的雾化效果进行了实验验证，实验结果与数值模型分析结果一致，在此基础上，根据场强和静电雾化效果的关系，得出了最适宜进行液滴静电雾化的最佳电极结构。　　本文的研究结论可以为无叶片静电风力发电系统的优化设计和静电雾化技术的研究提供一定的理论和数据参考。

目录

声明

1绪论

1.1研究背景

1.2研究现状与发展趋势

1.3本文主要工作内容

1.4本文章节安排

2静电风力发电理论基础

2.1无叶片静电风力发电系统工作原理

2.2电场分布对于液滴荷电雾化特性的影响分析

2.3 带电液滴在静电风力发电系统中的受力分析

2.4无叶片静电风力发电系统的能效分析

2.5本章小结

3 单电极静电雾化结构电场分布及对雾化效果的影响

3.1静电风力发电系统中环形单电极电场分布

3.2静电风力发电系统中三角形单电极电场分布

3.3静电风力发电系统中四边形单电极电场分布

3.4静电风力发电系统中六边形单电极电场分布

3.5不同结构电极电场分布对静电雾化效果的影响分析

3.6本章小结

4 多电极电场叠加的非线性效应及对雾化效果的影响

4.1均匀带电薄圆柱面单电极的电场分布规律

4.2均匀带电薄圆柱面双电极的电场分布规律

4.3均匀带电薄圆柱面三电极的电场分布规律

4.4多电极结构电场叠加非线性效应对雾化效果的影响

4.5本章小结

5静电风力转换技术的静电雾化实验研究

5.1无叶片静电风力发电静电雾化实验系统

5.2不同电极结构类型静电雾化实验研究

5.3不同数量的圆柱形电极的静电雾化实验

5.4本章小结

6总结与展望

致谢

参考文献

附录A硕士研究生期间参与的科研项目与取得的成果