变桨矩垂直轴风力机初步开发与性能评价

摘要

水平轴风力机和垂直轴风力是风力机的两种基本形式。传统的垂直轴风力机由于启动性能较差、风能利用系数较低没有得到大规模的应用。本文尝试着将变桨矩技术与垂直轴风力机相结合，初步开发一种变桨矩垂直轴风力机。本文确定了变桨矩垂直轴风力机的总体参数和系统布局，设计了风力机的叶轮，并给出了一种变桨矩方式，同时为了对初步开发的风力机进行评价，编制了风力机的风能利用系数数值计算程序，建立了风力机性能仿真模型。结果表明，本文初步开发的变桨矩垂直轴风力机与传统的垂直轴风力机相比，具有较高的转矩和风能利用系数。本文为进一步研制高效率低成本的新型风力机打下了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1本课题的研究背景和意义

1.2国内外研究现状和发展趋势

1.3本课题研究内容

第二章基本概念与基本理论

2.1翼型的几何参数与气动特性

2.1.1翼型的几何参数

2.1.2翼型的空气动力特性

2.1.3与翼型参数有关的风轮空气动力学几何定义

2.2垂直轴风力机的工作原理

2.2.1阻力型风力机的工作原理

2.2.2升力型风力机的工作原理

2.3垂直轴风力机的气动理论

2.3.1动量理论模型

2.3.2叶素理论

2.3.3多流管模型

2.4本章小结

第三章变桨矩垂直轴风力机叶轮设计

3.1叶轮设计特点

3.2风力机特征风速的确定

3.2.1风速分布函数

3.2.2启动风速的确定

3.2.3额定风速的确定

3.3叶轮参数的确定方法

3.3.1计算叶轮尺寸模型

3.3.2叶片数B以及叶片弦长C的选取

3.3.3叶片翼型的选取

3.3.4叶轮实度σ的选取

3.4叶轮设计实例

3.4.1风力机额定风速的确定

3.4.2叶轮参数的确定

3.5变桨矩方式设计

3.5.1垂直轴风力机攻角变化分析

3.5.2垂直轴风力机气动力分析

3.5.3变桨矩方式研究

3.5.4变桨矩方式结果分析

3.6叶轮模型及变桨矩方式示意图

3.7本章小结

第四章垂直轴风力机系统布局方案设计与总体参数

4.1风力机系统布局设计

4.1.1叶轮布局设计

4.1.2传力路线布局设计

4.2垂直轴风力机基本参数

4.3绘制标有基本尺寸的三视图

4.4本章小结

第五章垂直轴风力机性能计算及仿真模型

5.1风力机性能的数学模型

5.2风能利用系数的数值计算

5.2.1计算流程

5.2.2计算结果

5.2.3结果分析

5.3垂直轴风力机的MATLAB仿真模型及应用

5.3.1垂直轴风力机模型的建立

5.3.2垂直轴风力机模型的应用

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2建议与展望

参考文献

致谢

附录

在学期间发表的学术论文和参加科研情况