高径比对垂直轴风力机气动性能的影响
H型垂直轴风机参数对性能的影响
H型垂直轴风机参数对性能的影响H型垂直轴风机是一种新型的环保能源风机，在实际应用中，其性能因素的不同参数会对其整体性能产生影响。
本文将对H型垂直轴风机参数对性能的影响进行论述，并提出相应的分析和改进措施。
1.桨叶形状H型垂直轴风机桨叶的形状是影响其性能因素的重要参数之一。
桨叶的弯曲度、扭曲度、叶片面积、叶片倾角等都会影响风机叶片的力和转矩。
一般而言，桨叶弯曲度较大时，风机的起动转矩会减小，但桨叶扭曲度也应适当增加。
提高扭曲度可以使桨叶在转动过程中更好地适应风向变化，降低风能损失。
因此，在设计H型垂直轴风机时，应结合实际需要和使用环境合理选择桨叶形状。
2.叶片材料H型垂直轴风机叶片材料对其性能有着重要的影响。
叶片材料的选择应考虑多方面因素，比如强度、韧性、耐腐蚀性、自重等。
常见的叶片材料有纤维增强塑料、碳纤维材料、铝合金等。
选择合适的材料不仅能保证风机的耐用性和安全性，还能提高风机的性能。
3.桨叶角度桨叶角度是H型垂直轴风机的另一个影响其性能的参数。
适当调整桨叶角度可以提高叶片的气动效率，减小阻力损失。
但是，桨叶角度过大或过小都会影响风机的性能，导致风机转速过低或功率不足。
因此，在设计风机时应合理确定桨叶角度。
4.转子直径转子直径是H型垂直轴风机的重要参数之一，对其性能有明显影响。
转子直径较大时，风能利用率高，风机起动转矩小，稳定性好。
但同时也会增加风机自重和成本。
反之，转子直径较小时，风能损失较大，起动转矩大，但风机成本较低。
因此，在设计风机时应根据实际需要和使用环境合理选择转子直径。
5.桨叶数量桨叶数量是H型垂直轴风机另一个影响其性能的重要参数。
桨叶数量的选择要考虑到风机转速、风能利用率、起动转矩等各项因素。
一般来说，桨叶数量越多，风机转速越低，但风能利用率和稳定性越好。
相反，桨叶数量越少，风机转速越高，但风能利用率和稳定性越差。
因此，在设计风机时应综合考虑各方面因素，合理选择桨叶数量。
综上所述，H型垂直轴风机的性能因素受到多个参数的影响。
5kW垂直轴风力机气动性能研究的开题报告
5kW垂直轴风力机气动性能研究的开题报告一、研究背景及意义随着全球能源问题的日益严重，可再生能源的利用成为人们关注的焦点。
而风力发电作为一种成熟的可再生能源技术，已经广泛应用于世界各地。
垂直轴风力机特别适合于城市和工业区域，由于该类型风力机具有结构简单、低噪声、可靠性高等优点，也得到了关注。
然而，垂直轴风力机在气动性能方面还存在着一些问题，需要进一步了解和研究。
本研究拟对一台5kW垂直轴风力机进行气动性能研究，旨在探究该型风力机的风叶结构、转速控制、地形环境等条件下的输出特性，进一步完善该型风力机的结构设计和性能优化，提高其发电效率，推动可再生能源技术的发展。
二、研究内容及方法1. 研究对象：5kW垂直轴风力机。
2. 研究目标：探究该型风力机在不同转速、不同环境条件下的气动性能，分析其输出特性。
3. 研究内容：（1）风叶结构设计与优化：根据垂直轴风力机特点，设计合理的风叶结构，优化其气动性能。
（2）转速控制技术研究：分析不同转速下的发电效率和稳定性，研究转速控制技术，提高其输出效率。
（3）环境条件对性能的影响：分析地形环境、气候等对风力机性能的影响。
4. 研究方法：（1）数值模拟：采用计算流体力学（CFD）等方法对风叶结构、气动性能进行数值模拟分析。
（2）试验研究：通过实验验证数值模拟结果，得到实际运行中的数据，分析不同转速、不同环境条件下的性能和输出特性。
三、研究进度计划1. 第一阶段（2个月）：（1）调研相关文献，了解目前垂直轴风力机气动性能研究的现状和发展趋势。
（2）制定研究方案和进度计划。
2. 第二阶段（3个月）：（1）对5kW垂直轴风力机的风叶结构进行建模和计算流体力学模拟分析，得到风叶结构和气动性能的初步设计。
（2）设计转速控制方案，并进行实验验证，分析不同转速下的性能和输出特性。
3. 第三阶段（3个月）：（1）在实验室内部署5kW垂直轴风力机原型，进行性能测试。
（2）分析不同地形环境和气候条件对5kW垂直轴风力机性能的影响，探究优化方案。
H型垂直轴风机参数对性能的影响
H型垂直轴风机参数对性能的影响
H型垂直轴风机是一种新型的风力发电机，具有较高的性能和可靠性。
在设计和优化H型垂直轴风机时，需要考虑各种参数对其性能的影响，以获得最佳的性能和效率。
1. 叶片数：
叶片数是指轴心线上每一圈叶片的数量。
在H型垂直轴风机中，叶片数通常在2至6之间。
叶片数对风机性能有很大的影响。
较多的叶片数可以使风机的转速降低，从而提高风机的启动速度和低速性能。
然而，较少的叶片数可以减少摩擦阻力，使风机更加高效。
因此，选择适当数量的叶片是优化H型垂直轴风机性能的关键。
3. 旋翼直径：
H型垂直轴风机的旋翼直径决定了风机的风能捕获面积。
较大的旋翼直径可以捕获更多的风能，提高风机的输出功率。
然而，较大的旋翼直径也会增加风机自重和安装难度。
因此，需要根据具体情况选择适当的旋翼直径。
5. 风速：
风速是影响H型垂直轴风机性能的另一个关键因素。
较高的风速可以提高风机的输出功率，但也会增加风机的风向偏差和振动等问题。
因此，需要考虑风速对风机的影响，以选择最适合的风机类型和参数。
导流型垂直轴风力机气动特性的数值研究
上海理工大学学报第32卷 第5期J.University of Shanghai for Science and TechnologyVol.32 No.5 2010文章编号:1007-6735(2010)05-0423-04收稿日期:2010-01-13作者简介:王 鑫(1985-),男,硕士研究生.王企鲲(联系人),男,副教授.E mail:wang qk@导流型垂直轴风力机气动特性的数值研究王 鑫, 童正明, 王企鲲(上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093)摘要:分析了传统垂直轴风力机效率低的原因,并数值研究了带有导叶的导流型垂直轴风力机的气动性能.研究结果表明,导叶不仅可以有效地降低因来流对动叶轮吸力面的直接冲击而造成的阻力扭矩,而且还有助于改善来流对动叶轮压力面的有效冲击,这些均使该风力机动叶轮的旋转扭矩得到显著增加.因此,导流型垂直轴风力机可以有效克服传统垂直轴风力机性能上的缺陷,有望提高其风能利用效率.关键词:垂直轴风力机;导流叶片;气动性能;数值研究中图分类号:TK 83 文献标志码:ANumerial investigation on aerodynamic performance of the vertical axis wind turbine with guiding impellerWANG Xin, TONG Zheng m ing, WANG Qi kun(School of En er gy an d Pow er Engin eering ,Un iversit y of S han ghai forScience an d Techn ology ,Shan ghai 200093,China )Abstract:Th e reason of why th e vertical axis wind turbine (V A WT )is always with low efficiency was analysed and moreover a new type of VA WT with guiding imp eller was pro posed.The com putational fluid d ynamics technique was introd uced to investigate its aerod ynamic perfo rmance.The results indicate that the guid ing impeller can no t only keep the roto r away from the direct imp act of coming flow on its suction s ection,resulting in d rag torque,bu t also impro ve the effective impact o f co ming flo w o n the pressure sec tion of the ro to r,bo th of which contrib ute to the enhancem ent of driving to rque.Sothis typ e of V A WT can sm oo th away the d efects of traditional V A W T and h opefully imp rove its efficiency.Ke y words:v er tica l a xis w in d tur bin e ;gu idin g im peller ;aer odyn a m ic per f or m an ce ;nu m er ica l in vestiga tion风力机是风力发电系统的动力源,它将风能转化为机械能,进而推动发电机发电.风力机按结构形式大体上分为水平轴和垂直轴两种.水平轴风力机发展较完善,具有较高的效率而作为当今主流的风力机类型得到了广泛的应用.由于水平轴风力机安装难度高、投资成本大且不便移动等缺点,它的使用目前往往主要限于并网发电中,而对于一些小型离网型发电系统,目前使用最为广泛的仍是垂直轴风力机.与水平轴风力机相比,垂直轴风机具有投资成本低、安装方便、便于移动及运行噪音小等特点,其缺点是效率较低.这些在阻力型垂直轴风力机上表现的尤为突出[1].上海理工大学学报2010年第32卷本文分析了阻力型垂直轴风力机低效率的原因,在此基础上提出了一种新型的导流型垂直轴风力机[2].通过CFD(计算流体力学)计算,数值研究了该种导流型垂直轴风力机的气动特性,并与传统的垂直轴风力机性能相比较,论证了本文所提出的导流型垂直轴风力机所具有的优越性.1 导流型垂直轴风力机垂直轴风力机(VAWT )的效率比水平轴风力机低的一个主要原因是当来流冲击垂直轴风轮时,在其迎风面的一侧受到的是有效的推力,而在另一侧受到的是风的阻力,上述两种力的合作用力是推动风轮旋转作功的真正有效动力.图1为一种典型的阻力型垂直轴风力机 风杯的受力分析[3].由于迎风面上一侧风阻的存在,大大降低了垂直轴叶轮的有效受风性能.因此,只要降低该侧上的风阻,即有望能提高垂直轴风力机的效率.为此本文提出一种导流式垂直轴风力机,如图2(a)所示.它主要由导叶与动叶构成,动叶安装在中心,是旋转作功部件,而导叶则围在动叶的外部,是静止部件,主要起导流作用.由于导叶的导流作用,能使来流完全导向左侧动叶的压力面,同时对右侧动叶而言,导叶能起到挡流作用,使来流不直接冲击动叶的吸力面,这样就有望通过简单的二元叶轮来实现对整个垂直轴风力机的作功效率的提高.图1 垂直轴风力机气动受力示意图Fig.1 Aerodynamic forces of the VAWT图2 垂直轴风轮示意图Fig.2 Planar sketch of V AWT图2(b)是与图2(a)相对应的传统无导叶型垂直轴风轮的外形示意图.本文通过CFD 数值计算,比较这两种风轮的气动特性,以检验导叶的作用效果.本文计算所用的风轮外形如图2所示,动叶外径180m m,导叶外径420mm.动叶采用单圆弧型,共5片,导叶采用直叶片,共12片.2 CFD 计算模型与计算方法风力机是一种典型的外部绕流场,而本文所需研究的又是风力机内部流动的细节,因此,整个CFD 模拟是典型的多尺度、大分离和复杂流场的计算.为了获得较高的计算精度,计算所需用的网格数是相当巨大的,这使得计算趋于困难.但考虑到本文所提出的风轮本质上是一个二维结构,作为初步研究,本文将其简化为二维流场处理.整个计算域是二维矩形结构,以导流型垂直轴风力机为中心,上延其导叶外径的4倍,下延导叶外径的12倍,左右方向延伸导叶外径的5倍.网格系统采用三角形非结构化网格,整个计算域的总网格数近70万,如图3所示.在壁面及流动复杂区域处,网格进行的局部加密以提高这些区域内解的分辨率,达到了网格法向无量纲尺寸y +=2.图3 计算网格示意图Fig.3 Co mp utatio nal grid本文的控制方程为二维不可压缩流雷诺时均Navier Sto kes 方程.雷诺应力采用 - 湍流模型进行估计. 为湍动能, 为湍流耗散率.计算采用基于有限体积法的Simple 系列方法.其中,动量方程、湍动能和湍耗散率均采用具有三阶精度的Quick 格式离散[4].边界条件为:a.进口:给定速度及其方向;b.出口:给定背压;c.固壁:无滑移条件.424第5期王 鑫,等:导流型垂直轴风力机气动特性的数值研究采用多重坐标系方法模拟旋转动叶与静止导叶之间的动静结合,以整体残差下降3个量阶、进出口流量偏差小于1%作为计算收敛条件.整个计算采用商用CFD 软件包Fluent 6.3完成.其中,网格生成采用Gambit 组件[5].3 导流型垂直轴风力机气动特性分析在相同来流与动叶转速的条件下,风作用于动叶轮时产生的扭矩越大,则风轮从风中所获得的机械能就越多,该风轮的性能自然越好.定义无量纲扭矩系数M *=M 12V 2 D 2t B (1)式中,M 为风力机动叶轮的总扭矩;V 为来流速度; 为空气密度;D t 为动叶外径;B 为垂直轴风轮的竖直高度.图4为对同一动叶轮加导叶与不加导叶两种情形下总扭矩系数的比较图.图4 两种风轮总扭矩系数比较Fig.4 Torq ue co mp arison o f the two V AWTs图4表明,在相同来流条件下,加导叶后的导流型风力机的总转矩要比无导叶的风力机的扭矩大了近9倍,这充分说明了导叶轮的重要作用.无导叶的传统风力机,由于其右侧动叶受到较大的负转矩,使得风力机的整体有效扭矩大幅下降.当增加导流叶片后,右侧动叶的吸力面被避免了来流的直接冲击,这使负转矩大幅下降;同时由于导叶导流作用,使来流更有力地冲击左侧动叶的压力面,上述两方面原因使整个动叶轮的扭矩得到大幅度的提高.鉴于动叶轮在旋转过程中,动叶片与来流的相对位置不同,其受到的扭矩自然也不同,而图4仅能显示动叶轮总的扭矩大小,而不能准确地揭示动叶片在不同周向位置时所受到的具体扭矩大小.为此,图5给出了有、无导叶情形下两种风轮的动叶片在不同周向位置时的扭矩系数比较.图5中!角为动叶外半径方向与y 轴正向的夹角,以逆时针方向为正,如图2所示.图5表明,没有导风轮作用下的传统垂直轴风力机中,来流对风轮的有效做功区为0!~120!区域(如图2中的角度定义方式).在此区域动叶轮获得了正的扭矩且达到最大.与之相对,在240!~360!区域内,来流对叶轮起到的是阻力,故其扭矩表现为负值且达到最小.这两个区域的扭矩一正一负几乎被抵消,从而导致整个动叶轮总扭矩的下降.与之显著不同的是,本文所提出的带有导叶的风轮上,有效扭矩(即正扭矩)出现了双峰现象,30!~170!区域与240!~300!区域上均出现正扭矩.其中,前者为主要有效做功区,且由于导叶的导流作用使该有效做功区的扭矩强度明显增加.导流叶片的阻流作用尽管不能将动叶的阻力扭矩(即负扭矩)完全消除,但在图5中至少表明,导流型垂直轴风力机的阻力扭矩要远小于对应的无导叶风轮.图5 两种风轮不同周向位置各风叶扭矩系数比较Fig.5 T orque coe fficient co mpariso n of the two VA WT sat different circumferaential angles图6(见下页)给出了有、无导叶的两种垂直轴风力机在各个不同位置上流速矢量分布图.图6(a)表明,在无导叶时,来流直接作用于动叶的吸力面,产生了阻力扭矩,降低其作功功率.而添加导叶后,来流对动叶片的有害冲击被明显削弱,一部分来流被导流到动叶轮的有效做功区,推动动叶做功;另一部分则被扰动成旋涡而使其机械能耗散殆尽,从而降低了对动叶吸力面的有害冲击,改善了整个风力机的工作性能.导流叶片的作用不仅能减少来流对动叶片吸力面的冲击阻力,而且对于风力机的主要做功区域也能起到明显积极作用,图6(b)所示,由于导流叶片的存在,改善了来流对动叶轮的有效冲击,使原本在动叶外部作无效绕流的流体被导流至风力机动叶轮425的有效作功流道.尽管流体流经导叶时会存在一定的能量损失,但总体来说仍然有助于改善来流对动叶轮的冲击,从而提高了风力机对风能的接收.图6 两种风轮内流速分布的比较Fig.6 Velocity compariso n o f the two V AWTs定义压差系数C ∀P =P p -P s 12V 2(2)式中,P p 为动叶压力面上压力;P s 为动叶吸力面上压力.在图6(c)中,随着动叶的相对位置改变,带有导叶的风力机仍能有效地接收更大量的来流冲击,这就说明其在转动状态下有着较好的动力连续性.图7(a)给出了动叶轮在该位置(图6(c)中靠底部)时,动叶片上压差系数沿叶片无量纲弦长#的分布.图7(a)表明,在导叶的作用下,改善了来流对动叶片的冲击角度与位置,使沿叶片弦长的压力面与吸力面对应点的压差分布更趋均匀化,且明显高于无导叶情形的风轮.由于压差力是推动动叶旋转的有效作用力,因此,这就从另一方面解释了导叶对风轮的积极作用.图6(d)表明,不带导叶的动叶轮内部由于边界层的分离而产生较大的旋涡,使来流的动能耗散,降低了其对动叶轮的推动作用.增加导叶后旋涡消失,使来流更好地作用于动叶压力面而产生有效的推动功.图7(b)给出了动叶轮在该位置(图6(d)中靠底部)时,动叶片上压差系数沿叶片无量纲弦长的分布.在无导叶的情形下,该动叶的压力面产生流动分离,其压力很低,而对应吸力面仍有流体绕流通过,则压力相对较高,这使整个动叶片上的压差为负,从而产生阻力扭矩,降低动叶轮旋转动力.当加上导叶以后,有效抑制了流动分离,改善了流动性能,使动叶片的压差得到显著提高,这有助于提高动叶轮的有效旋转扭矩.图7 两种风轮的风叶压差系数沿叶片弦长的分布Fig.7 Pressure d ifference o f the two V AWTsalong the blade chord4 结 论在对传统垂直轴风力机低效率原因分析的基础上,数值研究了带有导叶的导流型垂直轴风力机的气动性能.通过与不带导叶的传统垂直轴风力机的流动性能相比较,研究表明,导叶不仅可以有效地降低因来流对动叶轮吸力面的直接冲击而造成的阻力扭矩,而且还有助于改善来流对动叶轮压力面的有效冲击.这些均能显著提高动叶轮的整体动力矩,从而增加该种风力机的运行效率.这有望改变长期以来垂直轴风力机因其低效率而未被广泛采用的现状.本文的工作是初步性的,旨在论证导叶的作用.不难发现,如果完善对导动叶的叶片型线、角度等参数的优化匹配,必将能更好地显示出导流型垂直轴风力机的优势.这些优化工作将在以后陆续发表.(下转第432页)0<x41<B<x31定理4的证明与定理3相同,此处省略.定理5 假定条件(H1)-(H3)成立,且当x+y>0,t∀J时,有∃1f(t,x,y)<x+ y成立,则边值问题(1)不存在正解.证明 假设边值问题(1)存在正解x,则x1>0,且对任意t∀[0,1],x(t)#0,x=maxt∀J x(t)∃12%%10&(s)f(s,x(s),x&(s))d s<12%%10&(s)d s∃-11x1x&=maxt∀J x&(t)∃14%%10&(s)f(s,x(s),x&(s))d s<14%%10&(s)d s∃-11x1因此x1=x+x&<34%1&(s)d s∃-11x1=x1矛盾,故定理5成立.证毕.与定理5类似,可得定理6成立.定理6 假定条件(H1)-(H3)成立,且当x+y>0,t∀J时,有∃2f(t,x,y)>x+y成立,则边值问题(1)不存在正解.参考文献:[1] 李芳菲,贾梅,刘锡平,等.三阶三点边值问题三个正解的存在性[J].应用泛函分学报,2007,9(4):358-367.[2] 续晓欣,梁月亮,桑彦彬.三阶两点边值问题单调递减正解的存在惟一性[J].山东大学学报(理学版),2008,43(12):84-92.[3] EL SHAHED M.Positive solutions for nonlinear singular third order bounda ry value problem[J].Communica tions in Nonlinear Science and Numeric al Simulation,2009,14(2):424-429.[4] ZHANG Xuemei,G E Weigao.Postive solutions for ac lass of boundary value problems with integral boundary conditions[J].Computers and Mathematic s with Ap plic ations,2009,58(2):203-215.[5] FENG Meiqiang,JI Dehong,GE Weigao.Positive solutions for a cla ss of boundary value problem with integralboundary conditions in Banach space[J].Journal ofComputational and Applied Mathematics,2008,222(2):351-363.[6] 郭大钧,孙经先,刘兆理.非线性常微分方程泛函方法[M].第2版.济南:山东科学技术出版社,2006.(上接第426页)参考文献:[1] 田海娇,王铁龙,王颖.垂直轴风力发电机发展概述[J],应用能源技术,2006,11(11):22-27.[2] 蒋本华.导流式全风向垂直轴风力机:中国,ZL200620006299.2[P].2007-02-21.[3] 李庆宜.小型风力发电机[M].北京:机械工业出版社,1982.[4] 陶文铨.数值传热学[M].西安:西安交通大学出版社,2001.[5] WA N G Qikun,CH EN K ang min.N umer ical investigation of aero dy nam ic per formance influenced by cir cum fer entially pre swirling co ming flo w on the cr ossoverand de sw ir ling cascade o f a multistag e centr ifugalco mpr esso r[J].F rontier s of Ener gy and Po wer Eng i neering in China,2007,1(4):435-440.。
垂直轴风力发电机组动态特性研究
垂直轴风力发电机组动态特性研究垂直轴风力发电机是一种可再生能源发电技术，具有结构简单、抗风性能强等优点。
近年来，随着对可再生能源需求的增加，垂直轴风力发电机的应用得到了广泛关注。
然而，其动态特性研究却是目前研究的一个热点和难点。
一、垂直轴风力发电机的动态特性垂直轴风力发电机的动态特性是指其在运行状态下的运动规律和动态响应特性。
这些特性包括旋转速度、转矩、振动等。
在实际应用中，人们需要对其动态特性进行研究和掌握，以便更好地控制其运行和提高其发电效率。
二、影响垂直轴风力发电机动态特性的因素垂直轴风力发电机的动态特性受多种因素的影响，其中最主要的因素包括风速、风向、行星齿轮传动等。
风速是垂直轴风力发电机的旋转速度的决定因素，风速越大，旋转速度越快。
同时，风速和风向还会对垂直轴风力发电机的转矩产生影响，影响其发电效率。
行星齿轮传动是垂直轴风力发电机常用的传动方式，其不仅能够提高垂直轴风力发电机的传动效率，同时还能改善其动态特性。
三、垂直轴风力发电机动态特性研究的方法针对垂直轴风力发电机动态特性研究的需求，科学家们提出了多种研究方法。
其中，计算机仿真是一种常用的方法。
通过建立垂直轴风力发电机的数学模型，模拟其运行过程，从而分析其动态特性。
此外，实验研究也是研究垂直轴风力发电机动态特性的重要手段。
通过实验，可以直接观察到垂直轴风力发电机的运动状态和动态响应特性，进一步研究其特性以及模型的准确性。
四、垂直轴风力发电机动态特性研究的意义研究垂直轴风力发电机动态特性的意义在于，更好地掌握和控制垂直轴风力发电机的运行状态，提高其发电效率，增强可再生能源发电的可靠性。
另外，对垂直轴风力发电机动态特性的深入研究也有助于推动其技术发展，为人类提供更加可靠和清洁的能源。
五、未来的研究方向随着垂直轴风力发电技术的不断发展，研究垂直轴风力发电机动态特性的热度也在不断升温。
未来，我们需要进一步探究其动态特性的机理和规律，提高其动态响应速度和准确度，优化其设计和结构，从而推动其在可再生能源领域的广泛应用。
设计参数对直叶片垂直轴风力机功率系数的影响(1)
午午
ｃＰ－
等等
Ｎｃ２Ｒ屹Ｉ比Ｊ）‘ｑ
∥‘Ｎ），．一ｒ
‘午尺
（１）
式中：Ⅳ为叶片数，ｃ为叶片弦长，Ｒ为最大截面半径，６为叶片截面基元与叶片截面夹角，
Ｕ为叶片最大直径处的旋转切线速度，Ｋ为来流风速，ｗ为叶片运动相对速度，ｃＴ为切向力系数，
，为叶片截面半径，日为风轮叶片方位角．
：
图１风力机流暂不总图
ｓｔｒａｉｇｈｔ Ｄａｒｒｉｅｕｓ
ｗｉｎｄ
ａｎｄ Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ
Ｅｎｅｒｇｙ
Ｒｅｖｉｅｗｓ，２００８，１２（４）：１０８７・１１０９．
九
图４
Ｆｉｇ，４
三叶片风力机功率系数随尖速比的变化
ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｒｅｅ ｂｌａｄｅｓ
Ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ Ｐｏｗｅｒ
ｗｉｔｈ
ｒｅｓｐｅｃｔ ｔｏ
ｔｉｐ ｓｐｅｅｄ ｒａｔｉｏ
４９
３．设计参数对风轮功率系数的影响
３．１尖速比对功率系数的影响 本文将选择双向多流管模型，通过算例分析各设计参数对风轮功率系数的影响。设计的直叶片垂 直轴风力机的功率Ｐ－－６００Ｗ，叶片数为３，翼型为ＮＡＣＡ００１８，额定风速ｖ＝８ｍ／ｓ．对应的几何参数：风轮 高Ｈ＝Ｉ．８ｍ，风轮直径Ｄ＝３ｍ，叶片弦长ｃ＝Ｏ．１５ｍ． 采用双向多流管理论模型计算得到的功率系数国随尖速比变化曲线，如图５所示。
究表明：双向多流管理论模型更适合于垂直轴风力机的设计．以此为基础研究尖速比和实度对直叶片垂直轴风力机功 率系数的影响，计算显示：尖速比增加，功率系数先增大后减小，近似成抛物线变化；实度增加，功率系数（效率） 先增大后减小，最高效率位置向低尖速比区漂移，高效区范围交小．
关键词：直叶片；双向多流管模型；功率系数；垂直轴风力机 中图分类号：ＴＫ８３文献标识符：Ａ
3力机技术讲座(二)粗力型垂直轴风力机
‰＝音ＣＤ－ｏ．１４８ＣＤ
（１１）
由此可见．与升力型风力机的最大风能利用系数 ５９．３％相比，单纯的阻力型风力机在理论上的最大风能利 用系数不超过１５％。然而，应该指出的是，一般的阻力型风 力机在实际工作的时候也会产生一些升力，所以其最大风 能系数有时也可以超过１５％。 ２典型的阻力型垂直轴风力机
人类最早使用的风力机就是阻力型垂直轴风力机。目 前．阻力型垂直轴风力机的种类主要有萨渥纽斯型、涡轮 型、风杯型、平板型和马达拉斯型等。其中。萨渥纽斯型和 涡轮型是阻力型垂直轴风力机的典型代表。根据这些基本 型的工作原理和形状．可以派生出许多形状不同、功能各 异的阻力型垂直轴风力机。目前，国外的一些风力发电设 备公司推出了多种阻力型垂直轴风力发电系统。
第２７卷第２期 ２００９年４月
可再生能源
Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ
Ｖ０１．２７ Ｎｏ．２ Ａｐｔ．２００９
ｌ 阻力型风力机工作原理 １．１升力与阻力
如图１所示．在流体中的物体所受到的力Ｆ可以分解
续表１
为一个垂直于来流的升力分量Ｌ和一个平行于来流的阻 力分量Ｄ。不同形状，不同大小物体的升力与阻力是不同
图８三段型萨湿纽斯风力机
多段型萨渥纽斯风力机段数的增加会提高成本．增大 摩擦和连接损失．致使多段型萨渥纽斯风力机的最大风能 利用系数低于基本型。因此．在实际应用中采用两段型结 构较多（２段风轮的夹角为９００）。另外，如果继续增加段教， 相邻风轮之间的夹角运渐减小．最终风轮会变成２个螺旋 型叶片，图３（ｂ）所示的风力机就是这种类型。该种风力机 具有良好的起动性和平稳的输出特性。除此之外．还可以 通过增加叶片个数．改变叶片形状和相对位置．安装辅助 装置等对萨渥纽斯风力机进行结构变形来改善其性能．以 达到设计目标。
H型垂直轴风机参数对性能的影响
H型垂直轴风机参数对性能的影响【摘要】本文通过研究H型垂直轴风机的关键参数对性能的影响，旨在探讨如何优化风机设计以提高效率。
在叶片材料方面，选择合适的材料可以提高风机的耐久性和性能表现。
叶片数目的增加会提高垂直轴风机的叶片载荷和输出功率。
旋翼直径的增加会增加风机的捕风面积，从而提高转动效率。
风轮尺寸和桨距比的选择对于风机的输出功率和效率都有关键影响。
通过分析不同参数对风机性能的影响，可以为未来的风机设计提供参考。
建议未来的研究可以进一步探索更多参数的影响，以优化H型垂直轴风机的性能。
最终，通过不同参数的优化，可以提高风机的整体效率和稳定性，推动风能的更广泛应用。
【关键词】H型垂直轴风机、参数、性能、叶片材料、叶片数目、旋翼直径、风轮尺寸、桨距比、影响、结论、研究建议、展望、风能、风力发电1. 引言1.1 研究背景在H型垂直轴风机的设计和优化过程中，各种参数的选择会直接影响风机的性能表现。
叶片材料的选择影响着风机的耐久性和成本，叶片数目的设计决定着风机的受力情况和转动稳定性，旋翼直径和风轮尺寸则直接影响着风机的输出功率和转速范围，而桨距比的选择则关系到风机的整体效率和性能表现。
深入研究各种参数对H型垂直轴风机性能的影响，可以为优化设计提供重要参考，提高风机的整体性能和经济效益。
本文旨在探讨不同参数对H型垂直轴风机性能的影响，并提出进一步研究的建议，为该领域的发展提供一定的指导和借鉴。
1.2 研究目的研究目的是为了探讨H型垂直轴风机的不同参数对性能的影响，从而提高风机的效率和性能。
通过分析叶片材料、叶片数目、旋翼直径、风轮尺寸和桨距比等参数在风机设计和运行过程中的作用，可以为优化风机结构和提高能量利用率提供理论依据和技术支持。
研究不同参数对风机性能的影响，可以为行业提供指导，促进H型垂直轴风机的应用和推广。
通过进一步研究不同参数的影响规律，可以为未来风机设计和优化提供更加准确和有效的参考，为推动风能行业的发展和进步做出贡献。
H型垂直轴风机参数对性能的影响
H型垂直轴风机参数对性能的影响
1. 叶片数
叶片数是影响垂直轴风机气动性能的重要参数之一。
一般而言，叶片数越多，垂直轴风机的转速越慢，叶片所能利用的风能也就越高，风机的起动风速也越低，但同时也会相应降低风机的整体效率。
因此，在选用叶片数时，需要综合考虑风机所在地的实际风速、机组成本和发电收益等因素。
风机叶片型状的差异直接影响着风机的气动性能。
一般而言，宽厚的叶片构造可以提高风机的扭转硬度，使得风机更难受到脉动风的冲击；而瘦长的叶片构造则可以减小风机自重，降低风机的起动风速。
同时，叶片前缘的圆度和后缘的掠角以及旋转圆锥角等参数也会对风机的起动风速和整体效率产生较大影响。
因此，在选用叶片型时，需要根据实际情况进行权衡。
3. 风轮直径
4. 风轮高度
5. 装置方式
垂直轴风机的装置方式对其性能有着直接的影响。
一般而言，卧地式的装置方式比起直立式的装置方式在起动风速上更有优势，但同时风机的单发电能力会降低，因此该种装置方式适用于风速较低的地区或是在缺乏确定的技术条件下采用。
而直立式的装置方式可以使风机叶片得到最大利用，从而提高机组发电效益，但其起动风速也会相应提高。
综上所述，H型垂直轴风机参数对性能的影响是多方面的，需要在具体的应用环境和实际情况下综合考虑，找到平衡点，以取得最优的发电效益。
工程力学毕业设计-垂直轴风机叶片翼型的空气动力分析
哈尔滨理工大学毕业设计题目：垂直轴风机叶片翼型的空气动力分析院、系：建筑工程学院工程力学系姓名：王健指导教师：隗喜斌系主任：李东华2014年 6月 19日哈尔滨理工大学毕业设计题目：垂直轴风机叶片的空气动力分析院、系：建筑工程学院工程力学系姓名：王健指导教师：隗喜斌系主任：李东华2014年 6月 19日垂直轴风机叶片的空气动力分析摘要随着化石能源的过度消耗以及环境问题，风能越来越受到重视，各国都在努力开发风能资源。
近几年我国的风能发电事业有了很大的发展，但我国关于风力发电技术的研究仍远落后于先进国家，尤其是对叶片的研究。
本文所研究的是一个应用于H型三叶片垂直轴风力机上的叶片，采用理论分析和数值模拟相结合的方法，主要工作和成果如下:（1）回顾风力发电的研究背景，介绍以往垂直轴风力机的研究工作，并阐述了垂直轴风力机的空气动力学设计理论，给出了垂直轴风力机的流管理论模型，分析了垂直轴风力机的运行状态。
（2）应用动量-叶素理论中的双盘多流管模型计算分析了相同雷诺数情况下多种应用较广泛的翼型。
由此筛选出了较适合本文设计目标的翼型，并确定了用来进一步验证叶片性能的风轮结构的主要结构参数。
（3）利用Gambit软件建模、FLUENT软件进行流场分析，改变雷诺数、攻角和叶片翼型，通过对叶片升力、阻力、升阻比的变化趋势，得出NACA 0012，NACA 0018，NACA 2415，NACA 4415四种翼型中最适用于叶片制造的翼型。
关键词：垂直轴风机；叶片翼型；气动性能；数值模拟Aerodynamic Analysis Of Vertical AxisWind Turbine BladesAbstractWith excessive consumption of fossil energy and environmental issues, people are increasingly pay attention to the wind energy , some countries are trying to develop the wind energy resources. In recent years, China's wind power business has been greatly developed, but our research on wind power technology is still far behind the advanced countries, especially in the study of the blade. It is studied in this paper is applied to the blades of a H-type three-bladed vertical axis wind turbine on the theoretical analysis and numerical simulation methods, the main work and results are as follows:（1)Review of wind power research background, previous research work introduces a vertical axis wind turbine, and expounded the theory of aerodynamics design vertical axis wind turbine, given the current administration on the vertical axis wind turbine models, analyzes the vertical axis wind turbine operation.（2）It is applied is Momentum - Double blade element theory of multi-model analysis of the flow tube at the same Reynolds number airfoils wider variety of applications. Thus screened out more suited to this article airfoil design goals, and identified the mainstructural parameters used to further validate the performance of the wind turbine blade structure.（3) The use of Gambit software modeling, FLUENT software flow field analysis, changing the angle of attack vane airfoils and, through the blades, lift, drag, lift-drag ratio, torque and trends around the blade pressure, velocity summary was NACA 0012,NACA 0018,NACA 2415,NACA 4415 the airfoil blade airfoil is ideal for manufacturing.Key words：Vertical axis wind turbine；Blade airfoil；Aerodynamic performance；Numerical Simulation目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1论文研究的背景 (1)1.2垂直轴风机的介绍 (3)1.3文章中名词及缩写介绍 (6)1.4本文的研究意义和研究方法 (7)第2章垂直轴风机气动性能的理论研究 (9)2.1流管法 (9)2.2涡方法 (10)2.3动量一叶素理论 (13)2.3.1经典的动量一叶素理论 (13)2.3.2修正的动量一叶素理论 (16)2.4垂直轴风力机流管理论模型 (17)第3章数值模拟及分析结果 (21)3.1 NACA0015翼型建模 (21)3.2雷诺数对气动特性的影响 (23)3.3厚度对气动特性的影响 (25)3.4弯度对气动特性的影响 (28)3.5本章小结 (32)结论 (34)致谢 (35)参考文献 (36)附录A (38)附录B (43)第1章绪论1.1 论文研究的背景目前人类发展和生存面临的最紧迫的问题就是能源和环境问题。
叶片失速延迟控制垂直轴风力机气动性能
叶片失速延迟控制垂直轴风力机气动性能高强;蔡新;潘盼;郭兴文;舒超【摘要】Through adding a jet pipe on the blade, a blade stall delay control vertical axis wind turbine was designed on the basis of McMaster university H-type vertical axis wind turbines. Employing CFD method, the power of blade stall delay control vertical axis wind turbine was calculated under the typical working conditions, and the vorticity and wind speed distribution characteristics were analyzed. The results show that with the same geometry size and the working conditions, the wind energy utilization coefficient of blade stall delay control wind turbine is higher than that of McMaster H-type vertical axis wind turbines. The maximum wind energy utilization coefficient reaches 0.33 when the tip speed ratio is 1.3. Adding jet pipe on blade has significant effects on delaying laminar flow separation.%以麦克马斯特大学H型垂直轴风力机为基础,在叶片上加设射流管,设计一种叶片失速延迟控制垂直轴风力机.基于CFD方法计算典型工况下叶片失速延迟控制垂直轴风力机的功率,分析风场的涡强和风速分布特性.研究结果表明:在相同几何尺寸和工况下叶片失速延迟控制风力机的风能利用系数比麦克马斯特大学H型垂直轴风力机的高,在尖速比为1.3时,最大风能利用系数达到0.33.在叶片上加设射流管对于延迟层流分离具有显著作用.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(048)003【总页数】7页(P830-836)【关键词】失速延迟控制;射流管;垂直轴风力机;风能利用率;气动性能【作者】高强;蔡新;潘盼;郭兴文;舒超【作者单位】河海大学力学与材料学院,江苏南京,210098;河海大学力学与材料学院,江苏南京,210098;河海大学水利水电学院,江苏南京,210098;河海大学力学与材料学院,江苏南京,210098;河海大学力学与材料学院,江苏南京,210098;河海大学力学与材料学院,江苏南京,210098【正文语种】中文【中图分类】TK83伴随着世界化石能源的消耗殆尽，温室气体过度排放引起的温室效应，人类正面临着资源枯竭、环境恶化的困境。
H型垂直轴风力发电机气动性能研究
H型垂直轴风力发电机气动性能研究发布时间：2021-06-24T10:04:30.063Z 来源：《建筑实践》2021年6期作者：李柏森[导读] 在风力发电行业快速发展的背景下，H型垂直轴风力发电机气动性能成为了研究热点。
李柏森中石化新星河南公司，河南郑州，450000摘要：在风力发电行业快速发展的背景下，H型垂直轴风力发电机气动性能成为了研究热点。
本文通过计算流体力学中移动网络技术的运用，计算风轮二维和三维流域模型的非定常分离流动数值，并在此基础上分析不同环境对风力发电机启动性能的影响，希望为相关行业提供借鉴。
关键词：H型垂直轴；风力发电机；气动性能引言：在风力发电领域，大型水平轴风力发电机依然占据主要位置，但随着科学技术的不断发展，垂直轴风力发电机大有取代水平轴风力发电机之势，究其原因，主要是这种发电机的结构较为简单、维护和启动风速要求低。
目前，研究此类发电机气动性能的方法被分为三种，其中数值计算法的应用最为普遍。
一、数值计算模型（一）研究对象本文以某电厂应用的H型垂直轴风力发电机为研究对象，该装置的风轮直径为，叶片高度为，叶片弦长为，叶片翼形为，其中，弦长处是叶片连接点的所在位置。
出于简化模型，控制计算成本和提高计算效率的考虑，在计算和模拟发电机气动性能时，需要去除支撑件、转动轴和连接法兰等部件，究其原因，主要是这些部件对风力发电机启动转矩的获取影响微乎其微[1]。
（二）建立计算区域的模型首先以H型垂直风力发电机为基础建立数值计算模型，其中，风力机叶片流动主要为外流，在模拟风轮机气动性能的过程中，静止区域主要被用于外部流场模拟，使静止状态得到保持。
为充分发展风轮产生的尾迹，需要在风轮上下风向倍和倍风轮直径处，分别设置入口和出口边界。
旋转区域模拟风轮所在区域，由1个圆形区域组成，该区域内部包含个叶片。
叶片对于风力发电机而言至关重要，属于发电机获取风能的重要部件，因此，需要通过网络加密的方式生成叶片处的计算网络，为风力发电机气动性能的准确计算，创造有利的条件。
H型垂直轴风机参数对性能的影响
H型垂直轴风机参数对性能的影响H型垂直轴风机是一种新型的风力发电设备，它具有运行稳定、噪音小、占地面积小等优点，被广泛应用于城市居民小区、公园、工厂等区域进行风力发电。
H型垂直轴风机的性能与其参数有着密切的关系，下面将从风叶数量、风叶形状和风叶材料等方面详细介绍这些参数对性能的影响。
风叶数量是影响H型垂直轴风机性能的重要参数之一。
较多的风叶数量能够提供更大的受力面积，从而能够更有效地利用风能，并将其转化为电能。
如果风叶数量过多，会导致风机转速过高，从而增加了机械损耗，降低了转换效率。
选择适当的风叶数量是提高H 型垂直轴风机性能的关键。
风叶形状也会对H型垂直轴风机的性能产生影响。
通常，风叶可以分为矩形形状、翼型形状和三角形状等多种形式。
不同形状的风叶具有不同的风阻特性和风线加速度。
矩形形状的风叶具有较小的风阻，适合用于高风速的环境；而翼型形状的风叶能够获得较大的风力，适合用于低风速的环境；三角形状的风叶结构紧凑，能够提供更大的受力面积，适合用于中等风速的环境。
根据具体应用场景选择合适的风叶形状，能够提高H型垂直轴风机的性能。
风叶材料也对H型垂直轴风机的性能有一定的影响。
常见的风叶材料有金属合金、复合材料和塑料等。
金属合金具有较高的刚度和强度，能够有效抵抗风压力，但重量较大；复合材料具有轻质、高强度和耐腐蚀等特点，但成本较高；塑料具有轻质、低成本和耐腐蚀等优势，但强度较低。
根据风力发电设备的具体要求选择合适的风叶材料，能够提高H 型垂直轴风机的性能。
H型垂直轴风机的性能与其参数密切相关。
选择适当的风叶数量、风叶形状和风叶材料等参数能够提高H型垂直轴风机的转换效率和稳定性，进而提高其风力发电的性能。
H型垂直轴风机参数对性能的影响
H型垂直轴风机参数对性能的影响1. 引言1.1 H型垂直轴风机的基本原理H型垂直轴风机是一种新型的风力发电装置，与传统的水平轴风机相比具有更高的自适应性和稳定性。
其基本原理是利用风力驱动叶片产生扭矩，通过转子传输到发电机转子上，最终转化为电能输出。
相较于水平轴风机，H型垂直轴风机在风向变化时可以自动调整叶片位置，保持高效的风能利用。
H型风机的叶片采用对称结构，使得风机更加稳定且不易受到外部环境因素的影响。
H型垂直轴风机的基本原理包括叶片的设计、转子的结构、风向角的优化等关键点。
通过对这些原理的深入研究，我们可以更好地了解H型垂直轴风机的工作机制，为优化其性能提供理论依据。
本文将重点探讨H型垂直轴风机参数对性能的影响，以期为风力发电技术的进一步发展提供参考和指导。
1.2 研究目的研究目的的内容是指明本文的研究目的，即为了探讨H型垂直轴风机的参数对其性能的影响。
通过系统地分析风机叶片数目、叶片宽度和风向角、转子直径、叶片材料以及叶片扭转角等参数对风机性能的影响，旨在揭示各个参数对H型垂直轴风机性能的影响机制，为风机设计和性能优化提供理论依据和技术支持。
通过本研究，可以为提高H型垂直轴风机的效率、稳定性和可靠性提供参考，为推动清洁能源的开发和利用做出贡献。
通过总结不同参数的影响规律和性能优化建议，可以为工程师和研究人员在设计和运行H型垂直轴风机时提供重要的指导和帮助。
通过深入研究H型垂直轴风机的参数对性能的影响，可以不断提高风机的性能水平，促进新能源技术的发展和应用。
2. 正文2.1 风机叶片数目对性能的影响风机叶片数目对性能的影响是H型垂直轴风机设计中一个非常重要的参数。
一般来说，风机叶片数目的增加可以提高风机的风能利用效率和功率输出。
但是叶片数目增加也会导致风机自身的阻力增加，从而影响其性能。
在实际应用中，风机叶片数目的选择需要考虑多方面因素。
首先是风机的设计功率和工作条件。
一般来说，如果风机的设计功率较大，可以适当增加叶片数目来提高风能的利用效率。
H型垂直轴风机参数对性能的影响
H型垂直轴风机参数对性能的影响H型垂直轴风机是一种新型的风力发电装置，它具有结构简单、运行稳定、噪音小等特点，因此备受关注。
H型垂直轴风机的性能受到多种参数的影响，包括叶片数、叶片形状、叶片倾角、转子直径等。
本文将针对这些参数对H型垂直轴风机性能的影响进行探讨。
叶片数是影响H型垂直轴风机性能的重要参数之一。
一般来说，叶片数越多，风机的转速越低，产生的扭矩越大，但是叶片载荷会增加，从而会影响风机的稳定性和寿命。
在选择叶片数时需要权衡转速、扭矩和载荷之间的关系，以实现最佳性能。
叶片形状也会对H型垂直轴风机的性能产生影响。
不同形状的叶片会影响风机的受力情况和气动特性。
研究表明，采用适当的叶片形状可以提高风机的起动性能和充分利用风能的能力。
在设计H型垂直轴风机的叶片时，需要充分考虑叶片形状对性能的影响，以实现最佳的风能利用效果。
叶片倾角是影响H型垂直轴风机性能的另一个重要参数。
合适的叶片倾角可以使风机在不同风速下都能保持高效率的工作状态，从而提高风能的利用率。
叶片倾角的选择需要考虑叶片受力和风机性能之间的平衡关系，以实现最佳的性能表现。
转子直径也会对H型垂直轴风机的性能产生影响。
大直径的转子可以在低风速下产生较大的扭矩，但同时也会增加风机的重量和成本。
在确定转子直径时需要考虑风速、功率和成本之间的关系，以实现最佳的性能表现。
H型垂直轴风机的性能受到多种参数的影响。
在设计和选择H型垂直轴风机时，需要综合考虑叶片数、叶片形状、叶片倾角、转子直径等参数，以实现最佳的性能表现。
还需要加强对这些参数影响机理的研究，为提高H型垂直轴风机的性能提供理论支持和技术指导。
相信随着研究的深入和技术的进步，H型垂直轴风机的性能将会得到进一步提升，为风能利用提供更多的可能性。
H型垂直轴风机参数对性能的影响
H型垂直轴风机参数对性能的影响
垂直轴风机是一种利用风能转化为机械能的设备，它的主要组成部分包括叶片、轴承、发电机和控制系统。
风机的性能受到多个参数的影响，其中包括叶片形状、转速、材料
等。
叶片形状是影响垂直轴风机性能的重要参数之一。
对于H型垂直轴风机来说，其叶片
形状一般呈现出H字形，这种形状可以提供较大的扫面面积，从而有效增加风机捕获风能
的能力。
H型叶片形状还可以增加其结构的稳定性，提高风机的工作寿命。
转速是影响垂直轴风机性能的另一个重要参数。
较高的转速可以提高风机的输出功率，但同时也会增加风机的噪音和振动。
在选择转速时需要考虑风机所处环境的噪音限制和对
振动的要求。
转速还会影响风机的起动性能，较低的转速会降低风机的起动风速，从而减
少其发电能力。
材料选择也会对垂直轴风机的性能产生影响。
对于叶片而言，选择合适的材料可以提
高其强度和刚度，从而减小失效风险，延长使用寿命。
材料的选择还会直接影响风机的重
量和成本。
除了以上几个参数外，还有其他一些参数也会对垂直轴风机的性能产生影响。
风机的
高度和位置会影响风机所处的风场条件，从而影响其捕获风能的能力。
不同的机械结构设
计和控制系统也会对垂直轴风机的性能产生直接影响。
H型垂直轴风机的性能受到多个参数的影响。
在设计和选择风机时，需要综合考虑叶
片形状、转速、材料以及其他一些参数，以达到优化风机性能的目的。
还需要根据具体的
应用需求和环境条件进行合理的参数选择，以实现风机的高效工作和长期可靠运行。
垂直轴风力机技术讲座_一_垂直轴风力机及其发展概况
垂直轴风力机技术讲座_一_垂直轴风力机及其发展概况尊敬的各位听众，大家好！今天我将向大家介绍垂直轴风力机及其发展概况。
垂直轴风力机，简称VAWT（Vertical Axis Wind Turbine），是一种将风能转化为机械能或电能的设备。
与传统的水平轴风力机不同，垂直轴风力机的主轴垂直于地面，叶轮沿垂直方向旋转。
垂直轴风力机由叶轮、主轴、发电机和塔架等部件组成。
首先，垂直轴风力机的叶片在风向和风速变化时的性能更稳定。
由于叶片自身负载均匀，无论风向如何变化，其始终能够稳定地保持高效发电。
其次，垂直轴风力机具有较高的风能利用率。
传统的水平轴风力机需要依靠风向变化来调整叶片角度，而垂直轴风力机不受风向限制，其整体结构可以更好地捕捉风能。
再次，垂直轴风力机在运行时产生的噪音较低。
由于配置了垂直叶轮，风通过叶轮时的噪音相对较小，对人类和周围环境的影响较小。
最后，垂直轴风力机由于不受风向和风速限制，所以可以在复杂地形上进行安装。
相比之下，水平轴风力机需要被放置在开阔的地带，而垂直轴风力机可以在城市建筑物等狭小空间内部署。
最早的垂直轴风力机出现在公元前200年的古希腊，由亚历山大港的希罗制造。
希罗的垂直轴风力机被称为"风车"，被用来为城市供水。
在20世纪50年代和60年代，垂直轴风力机开始进入大规模商业化阶段。
在此期间，Himmelfarb、Stan Ovshinsky等人发明了新型的垂直轴风力机，并将其用于农村、工业和通信领域。
进入21世纪，垂直轴风力机技术得到了进一步的发展和改进。
新型的材料、设计和制造工艺使得垂直轴风力机的效率和可靠性大大提高。
同时，垂直轴风力机在城市环境中的应用也逐渐增多，被用于绿色建筑、城市综合能源系统等项目中。
值得注意的是，虽然垂直轴风力机具有一些独特的优点，但与大型水平轴风力机相比，其发电量相对较低。
由于叶轮悬挂在机械结构上，因此容易受到自身负载的限制。
总结起来，垂直轴风力机是一种具有许多优点的风能利用设备。
H_型垂直轴风力机气动参数对主轴偏振效应的影响
第49卷第12期中南大学学报(自然科学版) V ol.49No.12 2018年12月Journal of Central South University (Science and Technology)Dec. 2018 DOI: 10.11817/j.issn.1672−7207.2018.12.025H型垂直轴风力机气动参数对主轴偏振效应的影响张立军，米玉霞，赵昕辉，马东辰，马文龙，王旱祥，刘静(中国石油大学(华东) 机电工程学院，山东青岛，266580)摘要：针对1种1.5 MW H型对称翼垂直轴风力机(V AWT)，采用双致动盘多流管理论，分析主轴偏振效应的产生机理，提出采用变差系数来衡量主轴合成力的振荡程度，并对不同风力机参数对偏振效应的影响进行分析。
研究结果表明：风力机叶片在旋转1周范围内产生的气动力合成到主轴位置上后不能互相抵消，发生振荡且作用方向不定；对于大型垂直轴风力机，风剪效应的存在有利于降低主轴偏振效应；在H型垂直轴风力机气动设计中，当叶片数为3片时，主轴振动幅度最小；当高径比为0.508 8时，主轴振动幅度最小；当展弦比为14.201 5时，主轴振动幅度最小。
关键词：垂直轴风力机(V AWT)；偏振效应；风剪效应；展弦比中图分类号：KT83 文献标志码：A 文章编号：1672−7207(2018)12−3105−08Influence of aerodynamic parameters ofvertical axis wind turbine on vibration effect of main shaft ZHANG Lijun, MI Yuxia, ZHAO Xinhui, MA Dongchen, MA Wenlong, WANG Hanxiang, LIU Jing (School of Electromechanical Engineering, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China)Abstract: The mechanism of the vibration effect of the main shaft of a 1.5 MW H-type vertical axis wind turbine(V AWT) with the symmetrical wing was analyzed according to the double-multiple stream tubes theory. The variation coefficient was proposed and used to measure the oscillation degree of the synthetic force on the main shaft, and the influence of wind turbine parameters on the vibration effect was analyzed. The results show that the synthetic force on the main shaft, which is produced by the blade in a cycle of operation, is wavy and cannot counteract each other. For huge vertical axis wind turbine, the wind shear effect is beneficial to reducing the vibration effect. For the design of H-type vertical axis wind turbine, when the number of blades is three, the vibration amplitude of the main shaft is the smallest; when the height diameter ratio is 0.508 8, the vibration amplitude of the main shaft is the smallest; the vibration amplitude of the spindle is the smallest when the aspect ratio is 14.201 5.Key words: vertical axis wind turbine(V AWT); vibration effect; wind shear effect; aspect ratio风能作为一种可再生能源，具有储量大、清洁无污染、地域分布广等诸多优点。
H型垂直轴风力机气动性能的研究的开题报告
H型垂直轴风力机气动性能的研究的开题报告一、研究背景随着能源危机和环境污染日益严重，风能被认为是未来能源的潜力之一。
垂直轴风力机由于具有结构简单、可靠性高、可适应性强等优点，特别适合用于城市、山区、海岛等非平原地区。
H型垂直轴风力机由于其设计结构的特殊性，被认为是垂直轴风力机中一种比较优良的型号，目前在国内外得到了广泛应用。
考虑到H型垂直轴风力机的气动性能对其电气转换效率有重要影响，因此研究其气动性能具有重要的理论和实际意义。
二、研究目的本文旨在对H型垂直轴风力机的气动性能进行研究，重点关注以下目标：1.探究H型垂直轴风力机的气动特性，包括风速、转速、角度、气动力等参数与风力机性能之间的关系；2.对H型垂直轴风力机进行模拟计算和实验研究，验证气动特性和性能模型的正确性；3.提出改进措施和优化设计方案，提高H型垂直轴风力机的性能。
三、研究内容1.对H型垂直轴风力机的气动原理进行分析，并建立H型垂直轴风力机的气动性能模型；2.利用计算流体力学（CFD）软件对H型垂直轴风力机的气动特性进行数值模拟，并对比实验数据验证模型的正确性；3.在风洞中进行H型垂直轴风力机的实验研究，获取风力机的气动性能指标，较全面地分析其性能特点；4.通过对实验数据和计算结果的分析，提出改进措施和优化设计方案，提高风力机的性能表现。
四、研究方法1.理论分析：通过对风力机的结构及工作原理进行分析，建立其气动性能模型，并推导出气流场和气动力学方程；2.数值模拟：基于CFD软件，对H型垂直轴风力机的气动性能进行数值计算，通过对比实验数据的验证，进一步优化模型；3.实验研究：通过在风洞中对H型垂直轴风力机的气动性能进行测试，验证模型，并提出改进措施和优化设计方案；4.数据处理：将实验数据和数值计算结果进行比对和分析，总结H 型垂直轴风力机的气动特性和性能表现，提出改进建议和优化方案。
五、预期成果1.建立了H型垂直轴风力机的气动性能模型，并对其气动特性进行了详细的分析和研究；2.完成了H型垂直轴风力机的数值模拟和实验研究工作，得出了风力机的气动特性和性能指标；3.提出了改进措施和优化设计方案，提高了H型垂直轴风力机的性能表现；4.撰写了H型垂直轴风力机气动性能的研究论文，发表在国内外权威的学术期刊上。
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大， 在 高风 速段 ， 高径 比大的风轮 的 输 出功率较 小 ； 在 风 速相 同时 ， 如 要 获取 相 同的输 出功率 ， 应 增 大 高径
比 大的风 力机 的风轮 转速 。
关键 词 ： 高径 比 ； 双 向 多流管 ； 垂直 轴 ； 气 动 性 能 中 图分类 号 ： ＴＫ ８ 文献标 志码 ： Ａ
Ａｅ ｒ ｏ ｄｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ Ｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏｆ Ｖｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ａｘ ｉ ｓ Ｗｉ ｎｄ Ｔｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ｏ ｎ Ｈｅ ｉ ｇ ｈ ｔ － ｄｉ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ Ｒａ ｔ ｉ ｏ
Ｙ ＡＮ Ｇ Ｃｏｎ ｇｘｉ ｎ，Ｉ ． Ｉ Ｚｈｅ ｎ ｐｅ ｎ ｇ，ＳＨ Ｉ Ｇｕ ａ ｎｇ ｔ ａ ｉ
力 机 气 动 性 能 的 影 响 。 以 某 一 风 力机 为 例 ， 拟 定 风 轮 高 径 比 和 起 动 风 速 的 近 似 关 系 式 。研 究 表 明 ， 当 转
速 相 同时 ， 随着 高径 比的增 大 ， 风力机 风轮 的起 动风速 减 小 ； 在 中、 低 风速 段 ， 高径 比 大的 风轮 的 输 出功 率
新 技 术 新 工 艺 ２ ０ １ ３年 第 １ １ 期
高径 史广 泰
（ 兰州 Ｉ 理工 大ｅ －风 能技 术研 究 中 心 ，甘 肃 兰 州 ７ ３ ０ ０ ５ ０ ）
摘 要 ： 基 于双 向 多流 管理论 模 型 ， 采 用 ＭＡＴＩ ＡＢ软件 编 写程 序 ， 并将 程 序计 算的 结 果与 试 验值 进 行对比， 验证 了双 向多流 管理论模 型 的可 用性 。以 双 向 多流 管理 论模 型 为依据 ， 研 究 高径 比对 垂 直 轴 风