变桨矩垂直轴风力机初步开发与性能评价

论文摘要

水平轴风力机和垂直轴风力是风力机的两种基本形式。传统的垂直轴风力机由于启动性能较差、风能利用系数较低没有得到大规模的应用。本文尝试着将变桨矩技术与垂直轴风力机相结合,初步开发一种变桨矩垂直轴风力机。本文确定了变桨矩垂直轴风力机的总体参数和系统布局,设计了风力机的叶轮,并给出了一种变桨矩方式,同时为了对初步开发的风力机进行评价,编制了风力机的风能利用系数数值计算程序,建立了风力机性能仿真模型。结果表明,本文初步开发的变桨矩垂直轴风力机与传统的垂直轴风力机相比,具有较高的转矩和风能利用系数。本文为进一步研制高效率低成本的新型风力机打下了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 本课题的研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.3 本课题研究内容
• 第二章 基本概念与基本理论
• 2.1 翼型的几何参数与气动特性
• 2.1.1 翼型的几何参数
• 2.1.2 翼型的空气动力特性
• 2.1.3 与翼型参数有关的风轮空气动力学几何定义
• 2.2 垂直轴风力机的工作原理
• 2.2.1 阻力型风力机的工作原理
• 2.2.2 升力型风力机的工作原理
• 2.3 垂直轴风力机的气动理论
• 2.3.1 动量理论模型
• 2.3.2 叶素理论
• 2.3.3 多流管模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 变桨矩垂直轴风力机叶轮设计
• 3.1 叶轮设计特点
• 3.2 风力机特征风速的确定
• 3.2.1 风速分布函数
• 3.2.2 启动风速的确定
• 3.2.3 额定风速的确定
• 3.3 叶轮参数的确定方法
• 3.3.1 计算叶轮尺寸模型
• 3.3.2 叶片数B以及叶片弦长C的选取
• 3.3.3 叶片翼型的选取
• 3.3.4 叶轮实度σ的选取
• 3.4 叶轮设计实例
• 3.4.1 风力机额定风速的确定
• 3.4.2 叶轮参数的确定
• 3.5 变桨矩方式设计
• 3.5.1 垂直轴风力机攻角变化分析
• 3.5.2 垂直轴风力机气动力分析
• 3.5.3 变桨矩方式研究
• 3.5.4 变桨矩方式结果分析
• 3.6 叶轮模型及变桨矩方式示意图
• 3.7 本章小结
• 第四章 垂直轴风力机系统布局方案设计与总体参数
• 4.1 风力机系统布局设计
• 4.1.1 叶轮布局设计
• 4.1.2 传力路线布局设计
• 4.2 垂直轴风力机基本参数
• 4.3 绘制标有基本尺寸的三视图
• 4.4 本章小结
• 第五章 垂直轴风力机性能计算及仿真模型
• 5.1 风力机性能的数学模型
• 5.2 风能利用系数的数值计算
• 5.2.1 计算流程
• 5.2.2 计算结果
• 5.2.3 结果分析
• 5.3 垂直轴风力机的MATLAB仿真模型及应用
• 5.3.1 垂直轴风力机模型的建立
• 5.3.2 垂直轴风力机模型的应用
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 建议与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况