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随着社会不断向前发展,对能源的需求持续的增大,常规能源的储量越来越少,能源危机愈演愈烈,世界各国正加紧对新能源的研究开发利用。风能作为一种清洁新能源,它具有储量大、无污染、可再生等优点,因此成为近年来各国开发的重点,而风力发电是对风能最重要的利用。单转轮风力发电机技术成熟,应用普遍,但它具有本身无法克服的问题:单转轮风力发电机存着大直径转轮时有较大出力,但在微风下不易启动,而小直径的转轮在强风下还是出力小,风能的随机性和非线性特点,要求配有转速控制机构与协联机构才能发出较稳定的电能。
双转轮风力发电机具有自适应风速特点,能很好地解决单转轮风力发电机这一局限性。当风速很小时,前后转轮转动方向相反,大大提高了风能的利用率。当风速较大时,前后转轮转向相同,并保持相对转速恒定,大大提高了电能的质量。本文从形状解析,数值解析,物理实验三个方面对双转轮风力发电机前后转轮的相互干涉,相互配合进行了研究。
形状解析是指只是利用叶片形状数据对流体的流动进行分析的方法。它具有操作方便,完成周期短等优点,并能将流动状态直接地与叶形联系起来,有助于叶片的改良和优化。本文利用形状解析的方法,对叶片的形状数据进行分析处理,以对贯流式水轮机的活动导叶与转轮的静动干涉研究,为双转轮风力发电机前后转轮的动动干涉的研究做了很好的铺垫。
双转轮风力发电机的非定常解析是一个比较复杂的数值解析,它要求非常合理的网格创建和边界条件的设定。本文将整个解析区域分成前转轮、后转轮和静止部分,其中前后转轮两部分设定为动网格,具有相对运动的接触面设定为滑移面,成功地完成了一个工况下的数值解析。对解析结果分析了前后转轮周围的流场、压力场,叶片表面的流速分布、压力分布以及前后转轮叶片之间的速度和压力分布,验证了升力的产生,叶片间的合理干涉和非定常解析的正确性。
本研究同样利用物理实验的方法,测量了转轮转速与风速的关系、转轮转速与扭矩的关系,验证了双转轮风力发电机自适应风速的特点。