低风速下流线型收缩-渐扩聚风装置加速特性研究

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我国存在面积广大的低风速资源区域,这些区域多位于我国能源需求较高的中东部及南部,年平均风速一般低于3 m/s。然而,当前风力机的启动风速大都高于3 m/s,造成大量低风速资源浪费。开发利用这些低风速资源,对我国优化能源配置、保障能源安全具有积极意义。基于前期对聚风加速的研究,本文构建了流线型收缩-渐扩聚风装置模型,研究了低风速汇聚特性及影响规律,主要研究内容为:(1)构建流线型收缩-渐扩聚风装置CFD模型,考察其内部流场分布特性以及风能汇聚特性。基于3D打印技术制作了聚风装置,搭建了聚风实验平台,通过比较仿真计算结果和实验测试结果,验证了本文模拟计算方法可靠有效,同时也证明了本文构建的聚风装置具备显著的风能汇聚效应。(2)通过对比直线型和流线型扩张出口下聚风装置的内流场分布特性,证明了流线型扩张出口能够有效加强装置的聚风性能。同时,研究了流线型出口母线半径变化对风能汇聚特性的影响规律,分析了低风速下不同出口半径聚风装置的内流场分布特性。结果表明当Rout为572 mm时,聚风装置针对来流风的加速汇聚效应最显著。(3)研究了收缩引流口进口角度变化对流线型收缩-渐扩聚风装置风能汇聚特性以及内流场分布的影响规律。并考察了进口角度变化对入口处的正压梯度以及扩张出口处流动状况的影响。结果表明:当进口角度较小时,聚风装置内部流速随着进口角度的增大而增大;当进口角度为25°时,聚风效果最优;进一步增大进口角度时,聚风能力下降。
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