风速对垂直轴风力机风轮气动性能的影响
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２１ 第 ３ ０ ０年 ８卷第 ４期
文 章 编 号 ： １０ － ０ ２ （００）４ Ｏ ４ —０ ０ ５－ ３ ９ ２ １ ｏ — ０５ ５ －
流
体
机
械
４ ５
风 速 对 垂 直 轴 风 力机 风 轮 气 动 性 能 的影 响
金雪红 ， 武科 ， 梁 李
（ 西安 理 工 大 学 ， 西 西 安 陕 摘
关键 词 ： 垂直轴风力机 ； 滑移网格 ； 数值模 拟 ； 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 Baidu Nhomakorabeaｉ 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
Ｋｅ ｒ ｓ： ｖ ｒｉａ —ｘ ｓｗｉ ｄ ｔ ｒ ｉ ｅ ｓｉ ｉｇ ｍｅ ｈ； ｕ ｒ ａ ｉ ｌ ｔ ｎ ｓ ｌ ｉ ｙ ｗｏ ｄ ｅｔ ｌａ ｉ ｎ ｕ ｂ ｎ ； ｌ ｎ ｓ ｎ ｍｅ ｉ ｌｓｍｕ ａｉ ； ｏｉ ｔ ｃ ｄ ｃ ｏ ｄｙ
１ 前 言
好、 模型修改方便等特点 ， 以大量 地减少计算试验 可
．
ｗｉ ｄ ｗｈ ｅ ｏ ｆｏ ａ ｉｆｒ ｎｔｗｉ ｄ ｓ ｅ ｄ，ｔ ｈ ｅ — ａ ｅ ａ ｖ — ｌｄｅｗｉ ｕｒ ｓｔ ｅ ｆｅｄ ｄｓｒｂｕ ｉｎ ａ ｒ ｓ ｕ ｅ ｆ ｌ ｉ— ｎ ｅ ｌｔ ｗ ｔｄｆｅｅ ｎ ｐ ｅ ｌ ｈｅｔ ｒ ｅ ｂｌｄ ｎｄ ｆ ｅ ｂ ａ ｎｄ ｔ ｎ ｈ ｉ ｌ ｉｔｉ ｔｏ ｎｄ ｐ ｅ ｓ ｒ ｉ ｄ ｄ ｓ ｉ ｅ
、
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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
Ｊ Ｎ Ｘｕ — ｏ ｇ ， Ｉ Ｉ ｅ ｈ ｎ Ｌ ＡＮＧ Ｗ ｕ ｋ ， ＩＣ ａ ｇ —ｅ Ｌ ｈ ｎ
（ ｉ ｎＵ ｉ ｒｉ ｆ ｅｈｏｏｙ Ｘ ｎ７ ０ ８ Ｃ ｉ ） Ｘ ｎｖ ｓｙｏ ｃｎｌｇ ， ｉ １０ ， ｈｎ ａ ｅ ｔ Ｔ ａ ４ ａ
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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
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
常
７０４ ） １０ ８
要 ： 不 考 虑 连 杆 和转 轴 以 及 叶 尖 损 失 的影 响 ， 用 雷 诺 平 均 Ｎ ｖ ｒ Ｓｏｅ 方 程 和 ｋ—ｔ ＳＴ湍 流模 型 对 直 叶 片垂 采 ａｉ — ｔ ｓ ｅ ｋ ＯＳ
直轴 风 力 发 电 机 风 轮 进 行 二 维 数 值 模 拟 ， 虑 风 轮 处 于 不 同来 流 风 速 时 ， 叶 片 与 五 叶 片风 轮 流 场 分 布及 压 力 场 分 布 的 考 三 异 同 。为 后 续 研 究 提 供 良好 的 指 导 方 向 。
成本和时 间。本文采 用 Ｆｕｎ 软件和滑移 网格技术 ｌｅｔ 对直 叶片垂直轴二维风轮模 型进行数值模拟。 ２ 数值 研 究方 法
２ １ 湍 流 模 型 ．
对 直 叶片垂 直轴风力发 电机而 言 ， 由于其 叶片 沿翼 展方 向是 同截面 的 ， 而不像水平 轴风 力机 叶片 是 变截面 的 ， 近几年很 多文献 中提 到 了把三维 简 故 化为二维 进 行 Ｃ Ｄ计 算 。文 献 ［ ］ Ｆ １ 中把 Ｍ Ｔ Ａ Ａ ＬＢ
文 章 编 号 ： １０ － ０ ２ （００）４ Ｏ ４ —０ ０ ５－ ３ ９ ２ １ ｏ — ０５ ５ －
流
体
机
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４ ５
风 速 对 垂 直 轴 风 力机 风 轮 气 动 性 能 的影 响
金雪红 ， 武科 ， 梁 李
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关键 词 ： 垂直轴风力机 ； 滑移网格 ； 数值模 拟 ； 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
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直轴 风 力 发 电 机 风 轮 进 行 二 维 数 值 模 拟 ， 虑 风 轮 处 于 不 同来 流 风 速 时 ， 叶 片 与 五 叶 片风 轮 流 场 分 布及 压 力 场 分 布 的 考 三 异 同 。为 后 续 研 究 提 供 良好 的 指 导 方 向 。
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２ １ 湍 流 模 型 ．
对 直 叶片垂 直轴风力发 电机而 言 ， 由于其 叶片 沿翼 展方 向是 同截面 的 ， 而不像水平 轴风 力机 叶片 是 变截面 的 ， 近几年很 多文献 中提 到 了把三维 简 故 化为二维 进 行 Ｃ Ｄ计 算 。文 献 ［ ］ Ｆ １ 中把 Ｍ Ｔ Ａ Ａ ＬＢ