垂直轴风力机

摘要： 为抑制翼型表面流动分离并提高风力机叶片气动性能,将可靠性较高的吹气射流技术应用于垂直轴风力机叶片尾缘.采用数值模拟方法分析不同尾缘射流角度对垂直轴风力机风能利用系数、力矩系数及单叶压力与整机涡量的影响.模拟结果表明:在最佳尖速比(2.63)时,10°射流可以有效降低翼型尾缘脱落涡频率,有效控制叶片尾迹效应,整机效率及运行稳定性均优于0°尾缘射流式垂直轴风力机;在较低尖速比时,风力机单叶力矩峰值均集中在120°相位角,尾缘10°射流对整机力矩系数有显著提升效果;在较高尖速比时,单叶翼型压力面存在较大正压区,风能利用系数最大可提高11％左右,气动性能明显优于无射流垂直轴风力机.尾缘射流降低了风力机叶片所需承受的轴向载荷,提高了风力机输出功率.不同角度尾缘射流均能有效降低叶片表面流动损失进而延缓流动分离,数值结果为尾缘射流式垂直轴风力机的工程应用提供了部分参考价值.

摘要： 风力机叶片结冰后会造成大量的能量损失,本文在Fensap-ice中应用多时间步的方法,模拟静叶片表面的结冰,验证结果表明,本文冰型计算的方法具有准确性,模拟得到不同相对风速下的冰型。然后,构建垂直轴风力机整机模型,应用Ansys-cfx计算不同叶尖速比下垂直轴风力机结冰前后的功率系数,发现不同叶尖速比下结冰对功率系数的影响不同,随着叶尖速比的增大,功率系数下降程度增加。

摘要： 用FLUENT数值仿真软件,对H型垂直轴风力机的风轮进行了瞬态模拟计算,得到风力机在正常运行过程中的速度分布云图、压力分布云图和湍动能分布云图;据此分析了风轮在运行过程中的速度场、压力场等气动特性。结果表明,当外界来流风速从5 m/s增加到15 m/s时,最大压力差增加到原来的6.5倍。该结论可为垂直轴风力机的设计提供参考。

摘要： 叶片构造形式是影响垂直轴风力机气动特性的重要因素。针对垂直轴风力机功率系数较低的问题,提出了一种新型的C型叶片。基于计算流体力学(CFD)高精度模拟工具,从扭矩系数、切向力系数、法向力系数、推力系数和升阻力系数等方面分析了风力机实度和叶尖速比保持不变时,C型叶片和初始安装角对垂直轴风力机的影响。结果表明:当突出度为15 mm时,功率系数C_(P)取最大值,约为16.45%;正安装角有利于减小风力机推力幅值并延长风力机使用寿命;合适的安装角可减小阻力系数,获得更佳的气动特性。

摘要： 为改善H型垂直轴风力机(VAWT)的气动特性,文章研究了6种翼型型线改变后的翼型对H型VAWT气动特性的影响,并进行了数值模拟计算和风洞试验。风洞试验验证了模拟计算的结果,证明了型线改变后的风力机对提高气动性有积极的作用。试验结果表明:1波浪型风机和Dimple型风机均可在一定叶尖速比(λ)范围内提高风力机的风能利用率,其中1波浪型风力机在低λ下最高可提高风能利用率13.76%,其单叶片切向力在下游区明显增大;Dimple型风力机在高λ下最高可提高风能利用率14.6%,其单叶片切向力在上游区明显增大。两种改型后的翼型均可改善流动分离,并提高VAWT的气动性能。

摘要： 为使大型垂直轴风力机在超出额定风速时功率输出恒定,本文提出在叶片尾部安装扰流片作为风力机功率调节装置的方案。基于二维计算流体动力学方法,在超出额定风速下研究了扰流片对垂直轴风力机气动性能和垂直轴风力机主轴偏振的影响。研究结果表明:在超出额定风速时,扰流片增强了叶片尾部气体的流动分离,提高了叶片的阻力,显著降低了垂直轴风力机的功率系数和扭矩系数,从而维持风力机系统正常运行及功率恒定输出;扰流片的存在没有加重主轴的载荷力相反起到了减轻作用,有效的降低了主轴的偏振效应。

摘要： 针对实度对直线翼垂直轴风力机气动特性的影响,以采用NACA0018翼型小型直线翼的垂直轴风力机为对象,选取了0.30和0.35共2种较大的实度,每种实度下的叶片数分别为3,4,5.利用数值模拟的方法研究不同条件下直线翼垂直轴风力机的静态启动特性和动态功率特性.结果表明:在大实度情况下,叶片数对风力机气动特性的影响较大.在相同实度时,叶片数的增加能够降低各个方位角下静态力矩系数的波动,并对反向力矩有所改善,但会使最大力矩系数降低;在旋转状态下,叶片数的增加会减小最佳尖速比前的功率系数上升速度并降低功率系数,且最佳尖速比后的功率系数降低速度也减小.当叶片数相同时,具有0.35实度的风力机静态平均力矩系数大,且多数方位角下的力矩系数大于实度为0.30的风力机;在风力机旋转状态下,实度为0.30的风力机最大功率系数大于实度为0.35的风力机.

摘要： 为提高垂直轴风力机的运行特性,并为垂直轴风力机流场设计提供方法,对带有弯曲型全向导叶(导叶1)和直板型全向导叶(导叶2)的NACA0021翼型三叶片垂直轴风力机进行数值模拟,采用滑移网格技术,通过与文献实验值对比,确定合适叶轮的旋转区域计算模型。计算结果表明:全向导叶可增大风力机的平均力矩,最大风能利用率为0.453,提高风力机的气动性能;另外,全向导叶影响风力机旋转区域的流场,促使力矩有较大波动;导叶1的速度尾流场范围较大,导叶2的速度尾流恢复速度较快。

摘要： 针对主梁采用蜂窝芯层后垂直轴风力机叶片会出现重量激增的问题,提出通过主梁的结构优化来达到叶片轻量化设计的目的。利用Fluent软件计算叶片的气动力,应用多项式拟合分别建立主梁结构参数与叶片的质量、最大等效应力的响应面方程;以叶片的质量最小为设计目标,利用遗传算法优化腹板的位置和厚度以及蜂窝芯层的厚度、胞元斜壁长,研究优化前后叶片在额定工况下最大的位移、应力和应变。结果表明:优化后叶片的质量减少了8.14%,且位移、应力和应变分别减少3.92%、29.39%和35.32%,结构性能得到明显提高。

摘要： 固定装置是垂直轴风力机中的重要部件,主要起支撑作用。设计了一种便于维修的垂直轴风力机固定装置。维修时只需拧下旋转板上的六角螺母,使旋转板相对固定板绕着旋转铰链转动,同时转动支撑机构中的连接块带动支撑杆转动到限位块的位置,实现对塔柱的支撑,不需对风力机主体进行拆卸,提高了维修的便捷性。运用有限元技术对固定装置受力关键零件转轴进行了静力学强度分析,验证了结构设计的合理性。

摘要： 本文介绍了H型垂直轴风力机采用基于动量叶素理论的单盘面单流管模型进行气动性能预测的理论计算方法,同时进行了算例计算并对结果进行了分析.

摘要： 能源危机的出现使得各国都致力于研究风能的利用,而风力发电是风能利用的主要形式.与水平轴风力机相比,垂直轴风力机因其优越的性能近年来越来越被人们所重视.本文介绍了H型垂直轴风力机采用基于动量叶素理论的单盘面单流管模型进行气动性能预测的理论计算方法,同时进行了算例计算并对结果进行了分析.

摘要： 本文介绍了Φ型垂直轴风力机风轮的设计方法,并选用NACA0012翼型进行了算例设计.考虑到风力机的实际运行方式,运用计算流体动力学软件Fluent对设计算例进行合理地建模和性能数值计算.计算采用了SIMPLEC算法、标准的k-ε湍流模型和滑移网格技术,并对数值计算的结果进行了分析.结果表明,数值计算具有较好的准确性和可信度,可为Φ型垂直轴风力机的改进设计提供参考.

摘要： 本文提出了一种通过在叶片前缘前设置微小圆柱来抑制叶片上流动分离的控制方法,并对采用此流动控制方法后的升力型垂直轴风力机的气动性能进行了数值研究.结果表明,在大攻角情况下,翼型前缘前设置微小圆柱可以有效的抑制风力机叶片上的流动分离,得到增升减阻的效果;同时,与传统的升力型垂直轴风力机相比,虽然叶片前缘前设置微小圆柱后的垂直轴风力机的最佳风能利用率变化不大,但其在低尖速比下的风能利用率可得到大幅度的提高.

摘要： 垂直轴风力机因其无需迎风,传动简便、制造容易、结构简单、成本低等优点受到越来越多的关注.本文针对升力型垂直轴风力机,利用数值模拟方法,研究了实度在0.1～0.5且尖速比在1～7范围内,三叶片风力机绕流流场的涡结构,得到不同尖速比下叶片产生涡结构,揭示了这类风力机的风能吸收机理.

摘要： 垂直轴风力机因其结构简单、无需迎风,传动简便、制造容易、成本低等优点而备受关注.垂直轴风力机通常可分为升力型和阻力型两大类.一般来讲,升力型风力机的风能利用率较高,而阻力型风力机的风能利用率较低.然而,直叶片升力型垂直轴风力机因某些相位处的启动扭距小,有时需要通过电机带动才能启动.本文应用计算流体力学方法,研究了一种螺旋升力型风力机,结果表明:螺旋型风力机不但具有较高的气动性能,而且具有较好的启动性能.

摘要： 基于双致动盘多流管理论,推导了适用于计算H型直叶片垂直轴风力机气动载荷的计算公式,并编制了数值计算程序,以VAWT260的试验为例,对比输出功率结果验证了程序的合理性.针对上部结构为5MW的H型达里厄风机,浮式基础为桁架式Spar平台的浮式垂直轴风力机,考虑气动力-水动力的耦合研究浮式风机系统的运动响应.考虑惯性力、阻尼力、回复力、系泊力、波浪载荷以及风载荷,建立了浮式风机系统纵荡-垂荡-纵摇三自由度的耦合运动方程,考虑浮式基础运动的影响以及动态失速效应推导叶片所受气动载荷的计算程序.采用数值方法模拟自由衰减运动,得到各自由度风机系统运动的固有周期;针对选定工况,分析了风机系统在风浪联合作用下,风机系统纵荡、垂荡、纵摇运动的时间历程以及响应频率特性.

摘要： 风能是目前发展最快的可再生能源.savonius风力机是一种典型的阻力型垂直轴风力机,本文针对savonius风力机的叶片数目、高径比、重叠比等常规参数进行分析,同时又引入新的优化参数弯度.通过数值分析手段,对不同弯度的风力机流场以及扭矩进行分析对比,揭示弯度对于风力机气动性能的影响机理,为savonius风力机的参数优化提供参考.风能是目前发展最快的可再生能源.savonius风力机是一种典型的阻力型垂直轴风力机,本文针对savonius风力机的叶片数目、高径比、重叠比等常规参数进行分析,同时又引入新的优化参数弯度.通过数值分析手段,对不同弯度的风力机流场以及扭矩进行分析对比,揭示弯度对于风力机气动性能的影响机理,为savonius风力机的参数优化提供参考.

摘要： 在传统Savonius风力机基础上,提出并设计了一种柔性叶片的具有自适应功能的垂直轴阻力型风力机.对该风力机简化后,运用ANSYS对150mm、250mm以及350mm三种不同弦长的风轮,在不同翅叶夹角下进行模拟计算,得出三种弦长风轮的平均转矩均在夹角为15度时达到最大,且在相同夹角时,弦长为150mm风轮的转矩系数最大,波动最平缓,风能利用率最高.

摘要： 本文采用课题组开发的一套通用计算流体力学软件UCFD,对叶片两端添加端板的H型Darrieus垂直轴风力机的流场进行了三维数值模拟,考察了所加端板形状和尺寸大小对风力机风能利用率的影响.结果表明:叶片两端添加适当尺寸的端板可有效抑制叶片端部的绕流涡强度,改善了风力机叶片叶梢附近表面的压力分布状况,从而提高了风力机叶片单位展向长度的风能利用率,且也有助于提高此类风机的运行稳定性.

摘要： 本发明提供的一种垂直轴风力机扰流装置、支架及垂直轴风力机，在垂直轴风力机扰流装置的两层水平面上的支架主杆外表面分别安装表面扰流板，表面扰流板一边与支架主杆固定连接，并且表面扰流板连接有摇杆。当风轮转速为达到限定值时，表面扰流板与重合覆盖在支架主杆上；当风轮转速为大于限定值时，表面扰流板处于被摇杆撑开的状态，以产生更大的阻力，使垂直轴风力机的转速降低。本发明同时提供了包含该垂直轴风力机扰流装置的支架及垂直轴风力机，能够降低垂直轴风力机在大风时的运行速度，提高风能利用安全性。

摘要： 本申请提供一种垂直轴风力机叶片、垂直轴风轮及垂直轴风力机，垂直轴风力机叶片，应用了适用于中、高雷诺数工况的垂直轴风力机叶片翼型，翼型的最大厚度为翼型弦长的12％～13％；翼型的最大厚度位置与翼型前缘的距离为翼型弦长的25％～31％；翼型的最大弯度为翼型弦长的5.5％～8％；翼型的最大弯度位置与翼型前缘的距离为翼型弦长的35％～40％。本申请垂直轴风力机叶片、垂直轴风轮及垂直轴风力机，垂直轴风力机叶片应用了适用于中、高雷诺数工况的垂直轴风力机叶片翼型，该翼型在中、高雷诺数工况下具有更高的升力系数和升阻比，从而可以减小垂直轴风力机叶片弦长的尺寸，进而减小应用该垂直轴风力机叶片的垂直轴风力机的载荷，使得垂直轴风力机对风能的利用率更高。

摘要： 本发明公开了一种前缘可变形的垂直轴风力机叶片及垂直风力机,涉及一种适用于垂直轴风力机的叶片，包括对称型的叶片主体，叶片主体的前缘两侧均安装有气囊结构，且两个气囊结构呈对称排布；所述气囊结构的一侧与叶片主体的侧面衔接，气囊结构的另一侧与叶片主体的前缘呈流线衔接；所述叶片主体内部还安装有对两个气囊结构供气的供气系统；供气系统由迎角传感器的测量结果进行控制，达到叶片形状动态控制的目的。本发明克服了常规对称翼型升力系数不高的缺点，提升了叶片在整个旋转周期内的升力及动态失速迎角，有利于叶片捕获更多风能，提高输出功率。

摘要： 本发明公开了一种具有可变后缘的垂直轴风力机叶片及垂直轴风力机,涉及垂直轴风力机技术领域，包括叶片主体和铰接在叶片主体上的可变后缘，叶片主体上还安装有驱动可变后缘摆动的驱动电机，叶片支架上安装有迎角传感器实时测量叶片附近风向。本发明通过迎角传感器获得的风向信息，主动调节可变后缘摆动，使叶片形状自适应发生变化，相比固定的叶片具有抑制动态失速的作用，能够减少结构震动、噪声，使得垂直轴风力机平稳运行；同时，本发明可在垂直轴风力机在静止状态下，且风场达到发电条件时，通过调节可变后缘，能够帮助风力机自启动，而无需额外的辅助装置。

摘要： 本发明提供的一种垂直轴风力机扰流装置、支架及垂直轴风力机，在垂直轴风力机扰流装置的两层水平面上的支架主杆外表面分别安装表面扰流板，表面扰流板一边与支架主杆固定连接，并且表面扰流板连接有摇杆。当风轮转速为达到限定值时，表面扰流板与重合覆盖在支架主杆上；当风轮转速为大于限定值时，表面扰流板处于被摇杆撑开的状态，以产生更大的阻力，使垂直轴风力机的转速降低。本发明同时提供了包含该垂直轴风力机扰流装置的支架及垂直轴风力机，能够降低垂直轴风力机在大风时的运行速度，提高风能利用安全性。

摘要： 本申请提供一种垂直轴风力机叶片、垂直轴风轮及垂直轴风力机，垂直轴风力机叶片，应用了适用于中、高雷诺数工况的垂直轴风力机叶片翼型，翼型的最大厚度为翼型弦长的12％～13％；翼型的最大厚度位置与翼型前缘的距离为翼型弦长的25％～31％；翼型的最大弯度为翼型弦长的5.5％～8％；翼型的最大弯度位置与翼型前缘的距离为翼型弦长的35％～40％。本申请垂直轴风力机叶片、垂直轴风轮及垂直轴风力机，垂直轴风力机叶片应用了适用于中、高雷诺数工况的垂直轴风力机叶片翼型，该翼型在中、高雷诺数工况下具有更高的升力系数和升阻比，从而可以减小垂直轴风力机叶片弦长的尺寸，进而减小应用该垂直轴风力机叶片的垂直轴风力机的载荷，使得垂直轴风力机对风能的利用率更高。

摘要： 本实用新型提供的一种垂直轴风力机扰流装置、支架及垂直轴风力机，在垂直轴风力机扰流装置的两层水平面上的支架主杆外表面分别安装表面扰流板，表面扰流板一边与支架主杆固定连接，并且表面扰流板连接有摇杆。当风轮转速为达到限定值时，表面扰流板与重合覆盖在支架主杆上；当风轮转速为大于限定值时，表面扰流板处于被摇杆撑开的状态，以产生更大的阻力，使垂直轴风力机的转速降低。本实用新型同时提供了包含该垂直轴风力机扰流装置的支架及垂直轴风力机，能够降低垂直轴风力机在大风时的运行速度，提高风能利用安全性。

摘要： 本实用新型涉及行星垂直轴风力机及使用该行星垂直轴风力机的水平串式垂直轴风力发电系统。该行星垂直轴风力机包括输出轴、帆板组件、连杆、以及转动机构等。通过连杆推动输出轴旋转，同时传动杆随同连杆同步旋转，进而带动第四伞齿轮绕第二伞齿轮转动，带动传动杆转动，进而带动传动杆另一端的第三伞齿轮转动，进一步的带动第一伞齿轮转动，从而由第一伞齿轮带动转轴转动一定角度，从而实现了在帆板组件受风转动的过程中，带动帆板组件转动一定角度，实现对风的自动调整，使得帆板始终保持在同一方向推动输出轴转动，消除了阻力的影响，大大提高了输出效率。

摘要： 本实用新型公开一种基于水平轴风力机叶片再利用的垂直轴风力机风轮结构，涉及风力机发电技术领域。主要包括主支撑部件和新叶片，所述新叶片为原水平轴风力机叶片两端切割后保留的中间有效段；所述主支撑部件的外周安装有多个所述新叶片，所述主支撑部件在风力驱动作用下能够带动发电机转动，实现发电目的。本实用新型提出的基于水平轴风力机叶片再利用的垂直轴风力机风轮结构，既实现了对满足服役年限的大型水平轴风力机叶片的有效再利用，同时采用原叶片的有效段应用于垂直轴风机，有效提高了垂直轴风力机的风能利用率，实用性强。

摘要： 本实用新型属于风力机实验技术领域，提出了一种可用于水平轴风力机和垂直轴风力机的实验台，包括升降支架；第一安装架底部的一侧转动设置在升降支架上，第一安装架的转轴沿水平方向设置；第一驱动装置的一端铰接在升降支架上，第一驱动装置的另一端与第一安装架铰接，第一驱动装置用于驱动第一安装架转动；第一安装轴转动设置在第一安装架上；转速转矩仪设置在第一安装架上，转速转矩仪的输入端与第一安装轴的一端同轴固定连接；第一电机设置在第一安装架上，第一电机用于向转速转矩仪提供驱动力。通过上述技术方案，解决了现有技术中一种实验台不能同时满足水平轴风力发电机叶片和垂直轴风力发电机叶片实验需要的问题。