根据当前风力发电技术,大多数风力机的启动风速都在3m/s及以上,造成3m/s以下的低速风难以被有效利用。本文结合数值模拟仿真与实验验证,分析了收缩-扩张型聚风加速装置对低速风的汇聚加速特性,研究了传统收缩-扩张型聚风结构的进出口角度的影响,并对汇聚加速能力的影响规律进行了分析,主要研究内容如下:(1)文章首先对国内外相关学者关于聚风装置的研究工作进行了归纳讨论,并基于连续性方程和动量方程,对风能汇聚的基本原理进行了分析,表明聚风装置的角度特征对其聚风能力有重要影响。同时,结合城市风场风速低、不均匀的分布特性,采用加权平均值的方法计算其风场风速,并在管道式聚风加速装置的内流场评估中进行了应用。(2)针对收缩结构和扩张结构,通过数值仿真的方法,分别考察各自在均匀低风速下的聚风加速特性。分析两种聚风结构的角度特征对其聚风加速特性影响规律,表明收缩结构及扩张结构在角度较小时,聚风加速效果显著。收缩结构角度参数在19°到30°之间时,可将来流提速6%;扩张结构角度在15°左右时,可将来流风提速16%。分析收缩-扩张模型的喉口长度对其聚风能力的影响,表明适当的喉口长度可以弱化进出口尾流之间的相互干扰,提高模型聚风能力。(3)在前述研究基础上,构建收缩-扩张聚风加速耦合模型,考察均匀低风速条件下模型的内流场分布特性,并讨论模型出口角度变化对其聚风加速能力的影响规律。通过实验与数值仿真相结合的方法,表明当模型出口角度为15°左右时,可将低风速来流的速度值提升33%,该提速比例比单一收缩结构以及单一扩张结构的最高提速比例的总和还要高。本文分析了收缩-扩张模型各段结构的聚风加速特性以及耦合加速特性,研究了进出口角度变化对该类聚风装置聚风能力的影响规律,并在此基础上提出了一种错位负压抽吸模型,为聚风研究提供了新思路。