导叶对涡轮型垂直轴风力机气动性能的影响
垂直轴风力涡轮机的设计与性能分析
垂直轴风力涡轮机的设计与性能分析一、引言在当今环保意识逐渐增强的背景下，可再生能源日益受到重视。
作为一种经济、环保的能源利用方式，风能成为可再生能源中的重要组成部分。
而垂直轴风力涡轮机，作为一种传统结构与新颖设计相结合的风力发电装置，以其独特的结构和优势，逐渐受到了广泛的关注和研究。
二、垂直轴风力涡轮机的设计原理垂直轴风力涡轮机以其垂直布置的主轴和扇叶，在逆风条件下能够以高效地获取风能。
与传统的水平轴风力涡轮机相比，垂直轴风力涡轮机可以实现360度全方位吸风，不受风向的限制，可适应多种复杂的地形条件，具有较高的适应性。
此外，该结构还能够使整个装置更为紧凑，节省空间。
三、垂直轴风力涡轮机的关键设计指标垂直轴风力涡轮机的设计需要考虑多个关键指标，包括转子直径、刚度和自适应性等。
转子直径直接影响着涡轮机的风能捕获效率，通过合理选择转子直径，可以提高涡轮机的性能。
而刚度则决定了涡轮机在大风情况下的稳定性，高刚度能够增加涡轮机的承载能力，降低振动和失衡的风险。
自适应性则是指涡轮机对风速和风向的适应能力，通过合理设计转子叶片的倾角和形状，可以使涡轮机在不同风速和风向下都能高效运行。
四、垂直轴风力涡轮机的性能分析为了分析垂直轴风力涡轮机的性能，我们可以从两个方面进行考虑：风能转换效率和启动性能。
1. 风能转换效率风能转换效率是衡量垂直轴风力涡轮机的核心指标之一。
通过设计合适的叶片形状和倾角，并结合涡轮机的自适应性设计，可以提高风能的捕获效率。
而涡轮机的转子直径和刚度则在一定程度上影响风能转换的效率，因此需要在设计过程中进行合理权衡。
2. 启动性能垂直轴风力涡轮机的启动性能直接关系到其在低风速条件下的发电能力。
为了提高涡轮机的启动性能，可以采用初动辅助装置或者增加叶片面积等方式。
初动辅助装置可以利用自身或外部动力来帮助涡轮机启动，而增加叶片面积可以扩大涡轮机的捕风面积，提高启动能力。
五、垂直轴风力涡轮机的应用前景垂直轴风力涡轮机相较于传统的水平轴风力涡轮机具有更大的适应性和更高的性能潜力，因此在未来的发展中具有广阔的应用前景。
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.。
垂直轴风机叶轮空气动力学性能研究的开题报告
垂直轴风机叶轮空气动力学性能研究的开题报告一、研究背景垂直轴风机是一种新型的风力发电机，具有结构简单、安装方便、不受风向影响等优点。
目前，垂直轴风机已经成为一个研究领域，吸引了国内外越来越多的研究者和投资者。
垂直轴风机的叶轮是实现风能转换的核心组成部分。
在空气动力学方面，叶轮的性能直接影响着整个风机系统的效率。
因此，对于垂直轴风机叶轮空气动力学性能的研究具有重要的理论和应用价值。
二、研究目的本文旨在对垂直轴风机叶轮的气动性能进行系统的研究，以提高垂直轴风机的效率和可靠性，为其在实际应用中发挥更优良的性能奠定基础。
三、研究内容和方法本文的研究内容主要包括以下几个方面：1.分析和评估垂直轴风机叶轮结构特点及其气动性能；2.根据经典的空气动力学理论，建立垂直轴风机叶轮的数值模型；3.利用计算流体动力学（CFD）模拟垂直轴风机叶轮气动性能，并对模拟结果进行验证和分析；4.通过试验等实验方法，对数值模型的计算结果进行验证和优化。
四、主要预期成果和意义本文的预期成果是：通过对垂直轴风机叶轮的空气动力学性能进行研究和优化，提高垂直轴风机的效率和可靠性，为其在实际应用中发挥更优良的性能奠定基础。
同时，为垂直轴风机的设计和制造提供理论和实验依据，推动和促进风力发电技术的进步和发展。
五、研究计划及进度本文的研究计划及进度如下：阶段一：文献调研和分析时间：2021年10月-2021年11月阶段二：建立数值模型和计算模拟时间：2021年11月-2022年4月阶段三：实验验证和分析时间：2022年4月-2022年9月阶段四：撰写论文和答辩时间：2022年9月-2023年3月本文的研究进度将严格按照计划进行，以确保研究的准确性和有效性。
实度对直叶片垂直轴风力机风轮气动性能的影响分析
实度对直叶片垂直轴风力机风轮气动性能的影响分析张立勋;梁迎彬;李二肖;尉越啸;杨勇;郭健【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2013(44)5【摘要】实度是直叶片垂直轴风力机设计的关键参数,对风力机气动性能起主导作用.分析并建立了垂直轴风力机局部流场下的力学模型,研究实度与气动性能的关系；对风力机进行了数值模拟,分析了叶片的动态力学特性,并重点研究风轮半径、弦长及叶片数量对风能利用率的影响；进行了样机实验验证了数值模拟的精度与可靠性.研究发现:实度增加,风力机在低尖速比下的启动特性得到改善,但产生高风能利用率的有效尖速比范围变小；样机实度为0.628时,2叶片和4叶片风轮的输出功率相当,但4叶片风轮的输出功率比2叶片风轮更稳定；实度参数对风能利用率贡献不同,弦长变化可提高风能利用率的峰值,而叶片数量的增加会降低风能利用率的峰值.【总页数】7页(P169-174,168)【作者】张立勋;梁迎彬;李二肖;尉越啸;杨勇;郭健【作者单位】哈尔滨工程大学机电工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工程大学机电工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工程大学机电工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工程大学机电工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工程大学机电工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨瑞哈科技发展有限公司,哈尔滨150001;哈尔滨工程大学机电工程学院,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TK89【相关文献】1.双致动盘多流管修正模型在直叶片垂直轴风力机气动计算中的应用 [J], 韩毅;淡勇;J.Sitaraman;卢泽行2.风速对垂直轴风力机风轮气动性能的影响 [J], 金雪红;梁武科;李常3.叶片最大厚度前部修型的垂直轴风力机气动性能 [J], 王建明;潭永志;祝魁;申振华4.基于遗传算法的直叶片垂直轴风力机风轮优化设计 [J], 巫发明;王立鹏;杨从新;成小伟5.基于滑移网格的双风轮垂直轴风力机气动性能研究 [J], 刘汉代;张飘;魏兆铭;白捧月;张克义;万文峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
风力涡轮机机械与气动特性的优化设计
风力涡轮机机械与气动特性的优化设计随着全球对于清洁能源需求的日益增长，风力发电作为一种可再生的能源形式正受到越来越多的关注。
作为风力发电的核心设备，风力涡轮机的机械与气动特性的优化设计尤为重要。
在这篇文章中，我们将会探讨风力涡轮机机械与气动特性的优化设计的重要性以及目前该领域的研究进展。
一、风力涡轮机机械特性的优化设计1.1 叶片设计叶片是风力涡轮机最重要的组成部分，其性能的好坏直接决定了整个涡轮的发电效率。
因此，叶片设计是风力涡轮机机械特性优化设计的关键环节之一。
当前，叶片设计主要分为常规型、扭曲型和变距型。
常规型叶片具有较好的结构稳定性和可靠性，但其风能利用效率不佳。
扭曲型叶片则能够提高风能的利用效率，但其结构复杂，容易破坏运动平衡，影响整个风力涡轮机的稳定性。
变距型叶片则是最近几年比较流行的一种设计方案，其能够充分利用风能，提高风力涡轮机的发电效率。
1.2 桨位角控制桨位角控制是指通过调整涡轮机的桨叶以达到最优利用风能的角度。
桨位角控制的好坏影响到风力涡轮机的发电效率，也是风力涡轮机机械特性优化设计的重要环节之一。
根据国内外研究成果表明，最优桨位角控制可以使风力涡轮机的发电效率提高5%以上。
为了达到最优的桨位角，可以采用一些控制策略，如PID控制策略和模型预测控制策略等。
1.3 主轴设计主轴是连接发电机和涡轮机的重要部件，其设计质量也直接关系到风力涡轮机的可靠性和稳定性。
主轴的设计需要考虑到因风速变化导致的转速变化、不均匀负载引起的振动等因素。
目前，主轴的设计通常采用仿真模拟技术进行优化，以提高风力涡轮机的机械特性。
二、风力涡轮机气动特性的优化设计2.1 流场模拟风力涡轮机的性能不仅与机械特性有关，还与空气动力学特性密切相关。
通过对风力涡轮机周围的流场进行模拟，可以了解涡轮的气动特性，为涡轮的性能优化提供科学依据。
流场模拟技术主要分为数值模拟和实验模拟。
其中数值模拟技术是一种较为成熟的方法，该技术可以通过计算机模拟空气流动的过程，得出涡轮叶片的应力分布、阻力、升力等参数，有助于优化风力涡轮机的设计。
辅助动力装置导叶调节规律及对性能影响研究
辅助动力装置导叶调节规律及对性能影响研究摘要: 动力装置导叶调节规律是研究动力装置性能的重要方面。
本文介绍了导叶调节的原理，在此基础上分析了导叶对性能影响的机理，发现导叶调节规律在改善动力装置性能中具有重要作用。
最后，研究表明，通过优化动力装置的导叶调节规律，可以显著提高动力装置性能。
关键词：动力装置，导叶调节，性能影响正文:1. 引言近年来，随着科学技术的发展，动力装置由早期的传统装置逐渐发展为智能裝置。
对动力装置进行有效的控制及性能改善，不仅影响装置的工作效率，而且还可以减少能耗，提高装置的可靠性和耐久性。
因此，研究动力装置的导叶调节规律及其对性能的影响，已成为当前动力装置研究的重要内容。
2. 导叶调节原理导叶调节是指通过调节导叶的开度，实现动力装置流量、压力和其它参数的控制。
一般来说，导叶调节可分为在线调节和定时调节两种。
其中，在线调节是指根据计算机给出的控制信号，系统通过调节传感器检测的参数值调整导叶的开度；定时调节是指导叶的日常调节是根据某一特定的开度，按照系统设定的周期进行调节。
3. 导叶对性能影响导叶调节不仅能改善动力装置的工作状态，还能够影响动力装置的效率和精度。
研究表明，正确的调节规律对于保证装置的良好性能是至关重要的。
导叶的调节可以改善动力装置的流量分布，避免出现不均匀、湍流、回流和涡流等现象；同时，正确的调节规律还可以改善装置的能量传递效率，降低能量损失，提高装置的性能。
4. 结论本文介绍了动力装置导叶调节规律及对性能影响的研究，并分析了导叶对装置性能影响的机理。
研究表明，导叶调节规律是改善动力装置性能的关键因素之一，通过优化动力装置的导叶调节规律，可以显著提高动力装置的性能。
动力装置导叶调节规律的应用主要有以下几点：首先，导叶调节规律可以用来改善动力装置的工作状态，使流量分布更加均匀，避免湍流、回流和涡流等现象的发生，从而提高动力装置性能和效率。
其次，正确的导叶调节规律可以帮助减少能量损失，提高系统效率。
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。
燃气轮机涡轮组件的设计与性能优化
燃气轮机涡轮组件的设计与性能优化燃气轮机作为一种高效、可靠的能源转换设备，在航空、船舶、发电等领域被广泛应用。
而燃气轮机的核心组件之一就是涡轮组件。
涡轮组件的设计与性能优化，对燃气轮机的整体性能至关重要。
涡轮组件包括轮盘、转子、导叶等，其设计需要充分考虑气体流动、叶片受力、热力学性能等因素。
首先，涡轮组件的气流受阻情况对于燃气轮机的性能有着重要影响。
通过合理的流道设计，可以降低流动的分离和失速，提高气体的流通效率。
而在设计过程中，流道的形状、叶片的厚度、导叶的曲率等参数都需要精确考虑，以保证气流在涡轮组件内的流动速度和方向的合理分布。
此外，还可以采用涡轮组件内部的激励装置或改变叶片表面的形态，进一步减小气流的阻力，优化燃气轮机的气动性能。
其次，涡轮组件的叶片受力也是设计的关键。
在高温、高速气流的作用下，叶片要承受巨大的压力和转动力矩。
因此，合理选择叶片材料、优化叶片结构以增强其受力能力是设计中的重点。
一般而言，采用高温合金材料制作叶片可以提高其耐高温性能，增加使用寿命。
同时，在叶片的形态设计上，可以采用多层空腔结构，增加叶片的强度和刚度，提高其抗风险疲劳性能。
此外，还可以通过叶片前缘和后缘的形状优化，减小受力集中程度，进一步提高叶片的机械性能。
再次，涡轮组件的热力学性能对于燃气轮机整体热效率的提升也起到重要作用。
在高温气流的作用下，涡轮组件不可避免地会产生热应力和热失效。
因此，在设计涡轮组件时，需要综合考虑材料的热导率、热膨胀系数等热力学参数，以选择合适的材料。
一般而言，高温合金材料具有较低的热膨胀系数和较高的热导率，可以提高叶片的抗热应力和散热能力，从而减小热失效的可能性。
此外，还可以通过涂层技术提高叶片表面的保护性能，减少高温热应力的作用。
最后，值得一提的是，涡轮组件的设计与性能优化是一个相对复杂的工程问题，在实践中需要借助计算机模拟和实验研究来辅助完成。
计算流体力学（CFD）是一种常用的研究工具，可以通过数值模拟来预测气流的流动和叶片的受力情况。
涡流发生器对垂直轴风力机翼型气动性能的影响
第51卷第2期2020年2月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.51No.2Feb.2020涡流发生器对垂直轴风力机翼型气动性能的影响张立军，朱怀宝，顾嘉伟，马东辰，米玉霞，于洪栋，刘静，缪俊杰，李想(中国石油大学(华东)机电工程学院，山东青岛，266580)摘要：为推迟翼型的边界层分离，改善叶片的气动性能，提出一种在H 型垂直轴风力机对称翼型NACA0012叶片表面上加装涡流发生器的设计方案。
利用FLUENT 软件对翼型进行三维流体力学仿真，采用正交试验设计法，研究涡流发生器的高度、安装角度和安装位置这3个设计参数对翼型气动性能的影响。
研究结果表明：最佳的涡流发生器高度为6.5mm 、安装角度为18°、安装位置为0.1c (c 为叶片弦长)，过大或者过小的涡流发生器高度和安装角会降低翼型的升力系数和升阻比；安装位置靠近翼型前缘可增大翼型的临界攻角，但会给翼型带来较大阻力；加装涡流发生器后，对称翼型叶片失速区范围减小40.3%。
关键词：垂直轴风力机；涡流发生器；正交试验设计；气动性能中图分类号：TK83文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2020）02-0540-11Influence of vortex generator on aerodynamic performance ofairfoil of the vertical axis wind turbineZHANG Lijun,ZHU Huaibao,GU Jiawei,MA Dongchen,MI Yuxia,YU Hongdong,LIU Jing,MIAO Junjie,LI Xiang(College of Mechanical and Electronic Engineering,China University of Petroleum,Qingdao 266580,China)Abstract:In order to delay the separation of the boundary layer and improve aerodynamic performance of blades,a design method for installing vortex generator(VG)on the blade of H-type vertical axis wind turbine based on symmetrical airfoil NACA0012was proposed.By using FLUENT software,three-dimensional fluid dynamics simulation model was built.The influences of heights,arrangement positions and installation angles of the VG on the aerodynamic performance of airfoil were studied by orthogonal design method.The results show that the optimum height of the VG is 6.5mm,the optimum installation angle is 18°and the optimum arrangement position is 0.1c .The lift coefficient and lift-drag ratio of airfoil will be reduced if the height and installation angle are too large or too small.The critical angle of attack of the airfoil increases when the installation is close to the leading edge of the airfoil,but it will bring greater resistance to the airfoil.The stall region of symmetric airfoil blade is reduced by 40.3%by using VG.Key words:vertical axis wind turbine(V AWT);vortex generator(VG);orthogonal test design;aerodynamic performanceDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2020.02.028收稿日期：2019−04−08；修回日期：2019−06−08基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51707204)；中央高校基本科研业务专项资金资助项目(17CX05021)(Project(51707204)supported by the National Natural Science Foundation of China;Project(17CX05021)supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities)通信作者：张立军，博士，教授，硕士生导师，从事可再生能源技术和绿色装备制造研究;E-mail:zhanglijun@.cn第2期张立军，等：涡流发生器对垂直轴风力机翼型气动性能的影响按照风轮旋转轴与地面的几何关系，风力发电机可分为垂直轴风力机与水平轴风力机。
叶片形状对风力涡轮机性能的影响研究
叶片形状对风力涡轮机性能的影响研究在如今以可再生能源为主导的能源转型浪潮中，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式日益受到关注。
而风力涡轮机作为风力发电的核心装置，其性能优化成为提高发电效率的关键之一。
而叶片作为风力涡轮机的核心组成部分，其形状对其性能具有重要影响。
本文旨在探讨叶片形状对风力涡轮机性能的影响，并寻求优化的方法。
1. 叶片形状的基本要求风力涡轮机叶片的形状设计需满足以下基本要求：高效性、稳定性、结构可靠性和生产可行性等。
首先，叶片的高效性是通过使其能够最大程度地捕捉和利用风能来实现的。
其次，稳定性是指叶片在多变的风场条件下，能够始终保持稳定运行。
而叶片的结构可靠性则保证其在恶劣环境下的抗风性能和耐久性。
最后，生产可行性指叶片的形状设计应考虑到生产成本和制造工艺等方面的因素。
2. 影响叶片形状设计的因素实际叶片形状的设计需要考虑多种因素，包括风场环境、轴高比、风场速度、风向、风轮直径等。
风场环境是指风场中风的特性，如湍流强度、风向分布等。
轴高比是指风轮直径与发电机轴高之比，其大小将直接影响到叶片的受力情况。
风场速度和风向则是决定叶片形状设计的重要参数，不同风速和风向下叶片受力情况存在差异，需要进行合理的设计。
而风轮直径作为整体结构设计的要素，不同直径对叶片形状设计也有一定的影响。
3. 常见的叶片形状类型在风力涡轮机的叶片形状设计中，常见的类型有直线型、矩形型、圆形型和扇形型等。
直线型叶片形状简单，适用于低风速条件下发电，但在高风速条件下容易出现折断。
矩形型叶片形状具有较高的结构可靠性，但其捕捉风能的能力较弱。
圆形型叶片在风能利用效率上相对较低，适用于风速较高的风场。
而扇形型叶片则对不同风速范围内的风能捕捉较为高效。
4. 叶片形状优化方法叶片形状的优化方法主要包括试错法、数值模拟和实验测试等。
试错法通过多次试制和测试，根据不同叶片形状的性能表现进行调整和优化。
数值模拟则通过计算流体力学方法，模拟分析不同叶片形状在风场中的受力情况和风能利用效率，以优化叶片形状设计。
涡轮叶片气动性能影响因素的实验与数值研究
襟翼 与 Ｇ ｕ ｒ ｎ ｅ ｙ襟 翼 对低 雷 诺 数 下 涡轮 叶栅 流动 分
离 损失 的控 制 。
来 流温度 ； （ ３ ）叶栅 出 口处 三孔探 针 的数 值 ， 从 而换
算 出 口来流 总压 、 静压及 角 度 ； （ ４ ）扫描 阀测 量叶 型 表 面静 压 。
在 理 论设 计 阶段 ， 有 多种 提 高 叶型 载荷 的方 式
显示 ： 相对 节距 ｉ 在０ ． ５—１ ． ０范围内变化 ， 叶栅 的总压 损失 在 ＝ ０ ． ９时达最小 ； 叶栅 人 口攻角从 一ｌ ０ 。 逐 渐增 加至 ＋１ ０ 。 时， 总压损失 呈现递增的趋势 ； 随着相对节距 每增加 ０ ． １ ， 气流出 口角相应增 加大约 ２ 。 ； 随着 叶栅相 对节距 的增加 ， 附面层增厚 、 脱离， 叶型损失增大 。
第 ４期
涡 轮 叶片 气 动 性 能 影 响 因 素 的 实 验 与 数值 研 究
２ ５
从上述对 比结果可知 ， 数值模拟结果基本与实
验 结果 相 吻合 ， 整 体 趋势 一 致 。因此 在 实 验 条 件 局
限的情 况下 ， 可 利用 数 值 模 拟 的 方法 对 其 他 稠 度 的
进行 验证 ， 得 到 了叶栅 出 口总 压 损失 、 出 口角 、 叶栅 表 面静压 系数 等参数 。
的货 物 ， 对航 空发 动 机 有着 极 为重 要 的意 义 ＿ ｌ Ｊ 。最
早对 高 载荷 叶片 进 行 研究 的是 Ｈ ｏ ｕ ｒ ｍ ｏ ｕ ｚ ｉ ａ ｄ ｉ ａ ， 他 在 １ ９ ８ ９年 提 出 了 可 控 扩 散 叶 型 （ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｄ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ
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。
涡轮末级导叶顶部弯曲对气动影响的研究
第37卷，总第213期 2019年1月，第1期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY Vol.3 7,Sum.No.213Jan.2 019, No. 1涡轮末级导叶顶部弯曲对气动影响的研究张议丰,李守祚，罗磊，蔡乐,王松涛(哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：为了解决1 600°C J级重燃涡轮设计中末级面临的较为严重的气动问题，结合叶片的三维造型技术，通过改变末级导叶径向积叠方式，来改变末级反动度分布，分析叶顶弯曲对叶栅气动性能的影响。
研究结果表明，叶片弯曲会改变导叶的出口气流角，从而影响动叶攻角匹配；叶片弯角也会对涡轮级的反动度、马赫数等气动参数产生较大的影响；叶顶正弯30。
时，导叶损失最小，与原始设计方案相比能量损失降低17. 49%;叶顶正弯20。
时，动叶损失最小，相比于原始方案能量损失系数下降2.78%。
关键词$涡轮;导叶;反动度;三维造型；径向积叠中图分类号:TK124 文献标识码：A文章编号$1002 -6339 (2019) 01 -0003 -05 Investigationof Aerodynamic Effect of Final Stage Turbine StatorTip Curving on Turbine Final StageZHANG Yi-feng,LI Shou-zuo,LUO L ei,GAI L e,WANG Song-ta o(School of Energy Science and Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001, China)A b s tra c t：The analysis of tlie tij)cu sin g effect on the aerodynamic performance is carried ou with the three-dimensional modeling technology of the blade and changing the radial- stacked mode ofthe fourtli stage guide blade to change the final stage reaction distribution so as to solve the serious aerodynamic problem in the design of a 1600 C J - class heavy - duty gas turbine.The results show thatblade cu rin g will c hange the outlet air flow^angle,thus affecting the blade attack angle matching.The dihedral angle of blade has a great influence on the aerodynamic parameters such as the reaction andMach number of the turbine stage.The loss of t!ie guide vanes is the smallest when the blade tij)is positively bent30 degrees,and the energy loss is reduced by 17. 49%compared with the original design.The minimum energy loss of the rotor with a reduction by 2. 78%compared to the original plan is achieved when the blade ti|^is bent by positive20 degrees.K ey words：turbine;stator；reaction；three- dimensional modeling;radial- stacked随着燃气轮机技术的进一步发展，以及对循环收稿日期2018 -07-15修订稿日期2018 -08-22基金项目"国家自然科学基金资助项目（51706051)作者简介"张议丰（1993〜），男，硕士研究生，研究方向为涡轮 气动与传热研究。
叶片数对轴流风机气动性能影响的数值研究
Chinese Journal of Turbomachinery Vol.65，2023,No.6Numerical Study of the Effect of Blade Number on theAerodynamic Performance of Axial Fans *Ying-bin Hu 1Jian-hui Lin 2Lie Ma 2Wan-xiang Qin 3Xiao-min Liu 1,*（1.School of Energy and Power Engineering,Xi'an Jiaotong University;2.Guangdong Midea Air-Conditioning EquipmentCo.,Ltd.;3.Guangdong Sunwill Precision Plastics Co.,Ltd.）Abstract：The number of blades is an important factor affecting the aerodynamic performance and economy of a fan.In this paper,two-blade,three-blade and four-blade axial fans are designed to meet the performance requirements of axial fans for outdoor units of air conditioners.The influence of the blade number on the aerodynamic performance of the axial fan is studied by numerical calculation.The results show that the smaller the number of blades,the greater the turbulence,the greater the disturbance of the airflow at the inlet and outlet of the fan,and the greater the increase of aerodynamic vortex noise;the outlet air volume of the two-blade fan is reduced by 23.5%compared to the four-blade fan,and the outlet air volume of the three-blade fan is reduced by 4.7%compared to the four-blade fan.With the reduction in the number of blades,although the fan's work capacity decreases,but the blade material is reduced,the processing and manufacturing costs of the fan are also reduced accordingly.Keywords：Axial Fan;Blade Number;Aerodynamic Performance;Vortex Noise;Numerical Simulation摘要：叶片数量是影响风机气动性能与经济性的重要因素。
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。
风速对垂直轴风力机风轮气动性能的影响
关键 词 ： 垂直轴风力机 ； 滑移网格 ； 数值模 拟Байду номын сангаас； 实度
中 图分 类 号 ： Ｔ ８ Ｋ３ 文献标识码 ： Ａ ｄｉ１．９ ９ ｊｉ ｎ １０ ０ ２ ．０ ０ ０ ． １ ｏ：０ ３ ６／ ． ｓ．０ ５— ３ ９ ２ １ ．４ ０ ｓ １
Ａｅ ｏ ｙ ａ ｉ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｈ ｒ ｉａ ｉ ｉ ｄ Ｔｕ ｂ ｎ ｎ Ｗ ｉ ｄ Ｓ ｅ ｄ ｒ ｄ ｎ ｍ ｃ Ｐ ｒ ｏ ｍａ ｃ ｆｔ ｅ Ｖｅ ｔｃ ｌＡｘ ｓ Ｗ ｎ ｒ ｉ ｅ ｏ ｎ ｐ ｅ
法 ， 析了不 同时刻 的速度场 和压力场 分 布及风 轮 分
叶片受 力和转矩 的变化规律 。
且对 自由来 流的湍 流度 也不 敏感 。
ｋ 程： 方
通过 对 不 同湍 流 模 型 数 值 模 拟 的 尝 试 和 比
较， 建议对 直 叶 片垂 直 轴 风 轮 二维 数 值 模 拟 采 用
ｋ一∞ Ｓ Ｔ湍 流 模 型 。该 模 型具 有 良好 的稳定 性 Ｓ 和 收敛性 ， 能精确 预报 压力 梯度 流动 的对 数层 ， 并
转速 的变化等 ； 献 ［ ］ 文 ３ 中通 过求解 非 定 长不 可 压 缩 Ｎｖｅ — ｔｋｓ ａｉ Ｓｏｅ 方程 ， ｒ 采用 ＰＳ ＩＯ速度 压力修正算
的计算结果 和数值模拟 结果进行对 比 ， 证 了把 三 验
维 简化为二 维进 行 Ｃ Ｄ数 值 模 拟 的 可行 性 等 ； Ｆ 文 献［］ ２ 中针对 不 同 弦长 下 的小 型 Ｈ 型 垂直 轴 风 轮 模型 ， 用 Ｒ Ｇ两方 程湍流模 型 ， 选 Ｎ 采用 滑移 网格 技 术分析 了不 同弦长下 ， 功率 、 矩 、 能利用 系数 随 转 风
涡轮末级导叶顶部弯曲对气动影响的研究
第37卷,总第213期2019年1月,第1期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY Vol.37,Sum.No.213Jan.2019,No.1涡轮末级导叶顶部弯曲对气动影响的研究张议丰,李守祚,罗 磊,蔡 乐,王松涛(哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001)摘 要:为了解决1600℃J 级重燃涡轮设计中末级面临的较为严重的气动问题,结合叶片的三维造型技术,通过改变末级导叶径向积叠方式,来改变末级反动度分布,分析叶顶弯曲对叶栅气动性能的影响。
研究结果表明,叶片弯曲会改变导叶的出口气流角,从而影响动叶攻角匹配;叶片弯角也会对涡轮级的反动度、马赫数等气动参数产生较大的影响;叶顶正弯30°时,导叶损失最小,与原始设计方案相比能量损失降低17.49%;叶顶正弯20°时,动叶损失最小,相比于原始方案能量损失系数下降2.78%。
关键词:涡轮;导叶;反动度;三维造型;径向积叠中图分类号:TK124 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2019)01-0003-05Investigation of Aerodynamic Effect of Final Stage Turbine StatorTip Curving on Turbine Final StageZHANG Yi -feng,LI Shou -zuo,LUO Lei,GAI Le,WANG Song -tao(School of Energy Science and Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China)Abstract :The analysis of the tip curving effect on the aerodynamic performance is carried out by combing with the three -dimensional modeling technology of the blade and changing the radial -stacked mode of the fourth stage guide blade to change the final stage reaction distribution so as to solve the serious aero⁃dynamic problem in the design of a 1600℃J -class heavy -duty gas turbine.The results show that blade curving will change the outlet air flow angle,thus affecting the blade attack angle matching.Thedihedral angle of blade has a great influence on the aerodynamic parameters such as the reaction and Mach number of the turbine stage.The loss of the guide vanes is the smallest when the blade tip is posi⁃tively bent 30degrees,and the energy loss is reduced by 17.49%compared with the original design.The minimum energy loss of the rotor with a reduction by 2.78%compared to the original plan is achieved when the blade tip is bent by positive 20degrees.Key words :turbine;stator;reaction;three -dimensional modeling;radial -stacked收稿日期 2018-07-15 修订稿日期 2018-08-22基金项目:国家自然科学基金资助项目(51706051)作者简介:张议丰(1993~),男,硕士研究生,研究方向为涡轮气动与传热研究。
叶片数及弦长对升力型垂直轴风力机的影响
叶片数及弦长对升力型垂直轴风力机的影响徐林;李学敏;区家隽【摘要】文章基于非对称翼型NACA4415,以功率系数为依据,以CFD仿真为手段,研究了在不同尖速比下叶片数与叶片弦长对升力型垂直轴风力机气动性能的影响,以及不同尖速比和叶轮实度不同时,垂直轴风力机功率系数的变化.研究结果显示,该类升力型垂直轴风力机叶轮实度取0.25～0.45,尖速比λ取2.5 ～3.4时,具有较高的功率系数.流场分析表明,当叶片弦长与叶片数的变化对流场的扰动能力小于垂直轴风力机从流场中获取风能的能力时,叶片弦长与叶片数的变化会增加垂直轴风力机的功率系数;反之,垂直轴风力机的功率系数降低.该研究为此类20 kW垂直轴风力机的设计与选型提供依据.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2016(034)012【总页数】7页(P1834-1840)【关键词】升力型垂直轴风力机;非对称翼型;叶片数;弦长大小;气动性能【作者】徐林;李学敏;区家隽【作者单位】华中科技大学能源与动力工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学能源与动力工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学能源与动力工程学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TK83近年来，风能发电受到国内外学者的广泛关注。
与水平轴风力机相比，垂直轴风力机具有启动风速低，启动噪声小，受风性能好，无需偏航装置等优点[1]。
最典型的垂直轴风力发电机组是达里厄（Darrieus）型风力机[2]。
功率系数是衡量风力机气动性能的重要指标，影响功率系数的主要因素是风力机组风轮实度。
近年来，国内外学者已经针对实度对垂直轴风力机气动性能的影响开展了研究，并加以阐述[3]。
但是，这些研究都是基于NACA0015，NACA0018等对称翼型，而对于非对称翼型大实度垂直轴风力机的研究颇少[4]，[5]。
本文基于非对称翼型，以风力机的功率系数为判断依据，设计风力机并进行CFD仿真，分析在不同的尖速比下，叶片数与叶片弦长对垂直轴风力机气动性能的影响，以期为此类垂直轴风力机的设计与选型提供依据。
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２ ０ １ ３年 １ １ 月
河 海 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈ ｏ ｈ ａ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ （ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ）
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摘要 ： 针 对传 统 垂直轴 风 力机效 率低 的缺 陷， 阐述 带导 叶垂 直轴风 力机 的结 构优 势 ， 并 分析 导 叶对 涡轮 型 垂直轴 风 力机 的作 用。应 用计 算流体 力学理 论 ， 在 设 计风 速 １ ２ ｍ ／ ｓ 下， 采 用 滑移 网格 技 术
及ｋ － ｅ 模型对有、 无导叶两种涡轮型垂直轴风力机的气动性能进行比较。研究表 明， 导叶可以有效
Ｈｏ ｈ ａ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ，Ｎａ ｎ ｇ ２１ ０ ０ ９８，Ｃｈ ｉ ｎ ａ； ２ ．Ｓ ｈ ａ ｎ ｄｏ ｎ ｇ Ｗｅ ｎ ｄ ｅ ｎ ｇ Ｐｕ ｍｐｅ ｄ Ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｇｅ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃｏ ．，Ｌ ｔ ｄ ． Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｇ ｒ ｉ ｄ Ｘｉ ｎ ｙ ｕ ａｎ Ｃｏ ｐ ａ ｍ ｎ ｙ
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ＹＵＡＮ Ｈｏ ｎ ｇ ｈ ｏ ｎ ｇ ，ＺＨＡＯ Ｚｈ ｅ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ ，Ｚ ＨＥＮＧ Ｙｕ ａ ｎ ，ＨＵＡＮＧ Ｊ ｕ ａ ｎ
（ １ ．Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ Ｒ ｅ ｎ ｅ ｗ ａ ｂ ｌ ｅ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｄ ｕ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，
降低 由于来 流对逆 风 区叶 片吸 力面 的直接 冲击 而造 成 的 阻力扭 矩 ， 也 会 负面影 响 顺风 区叶 片 的性
能， 但 其 负作 用效果远 不及 在逆 风 区挡 流 降 阻的 正作 用效 果 ， 故 加 导 叶后 风 轮 的 性 能会 有 很 大提 高。带弧 线形 导叶 涡轮 型垂 直轴风 力机 最 大风 能利 用 系数 可 达 ０ ． ２ ４， 具 有 工 作 范 围广 、 最佳 尖 速
ＤＯＩ ： １ ０ ． ３ ８ ７ ６ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０— １ ９ ８ ０ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ６ ． ０ １ ６
导 叶对 涡 轮 型 垂 直轴 风 力机 气 动性 能 的影 响
原红红 ， 赵振 宙 ， 郑 源 ， 黄 娟
（ １ ． 河海大学可再生能 源发 电教育部 工程研究 中心 ， 江苏 南京 ２ ． 国网新源山东文登抽水蓄能有限公司筹建处 ， 山东 威海 ２ １ ０ ０ ９ ８ ； ２ ６ ４ ２ ０ ５ ）
比 大的特 点 。
关键词 ：涡轮 型垂 直轴 风 力机 ； 导叶 ； 计 算 流体 力学 ； 气动性 能
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｋ ８ ３ 文献标 志码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ０— １ ９ ８ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６— ０ ５ ６ ０— ０ ５
Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｇ ｕ ｉ ｄ ｉ ｎｇ ｖ ａ ｎｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｅ ｒ ｏ ｄ ｙ ｎａ ｍｉ ｃ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎｃ ｅ ｏ ｆ