韩巧丽[1]2006年在《大容量浓缩风能型风力发电机模型气动特性的实验研究》文中研究表明本论文的选题是国家自然科学基金资助项目《浓缩风能型风力发电机叶轮系列化的风洞实验与研究》[批准号:59776033](快速反应项目)中的一部分。研究目的是通过采用车载法对大容量浓缩风能型风力发电机相似模型的气动特性、发电功率输出特性进行实验研究,对研究结果与风洞实验结果进行对比分析,初步建立浓缩风能型风力发电机中、大容量的系列化机组的关键参数的理论设计公式。在浓缩风能型风力发电机的前期研究基础上,设计制造了大容量机组的相似模型Ⅰ。采用车载法选择10m/s、12m/s、14m/s叁种风速对相似模型Ⅰ的中央流路内的6列、8排共48个特征点的总压、静压等气动参数进行了测试,对测定结果和气动特性进行了理论分析研究。研究结果得出:模型内叶轮安装处的气流流速是前方相同面积来流风速的1.31倍,气流动能增至前方相同面积来流风能的2.25倍。在相似模型Ⅰ的气动特性实验中,发现了在距相似模型Ⅰ入口565mm处(扩散管轴向长度的37.8%处),气流流速是前方相同面积来流风速的1.34倍,气流动能增至前方相同面积来流风能的2.41倍。在相似模型Ⅰ的基础上,收缩管的直线圆锥改造成母线为圆弧形的圆锥,称相似模型Ⅱ。采用车载法,选择与相似模型Ⅰ相同的实验内容和实验条件,对特征点的总压、静压等气动参数进行了测试,对测定结果和气动特性进行了理论分析研究。研究结果得出:模型Ⅱ内叶轮安装处的气流流速是前方相同面积来流风速的1.38倍,比相似模型Ⅰ提高了5.3%,气流动能增至前方相同面积来流风能的2.63倍,比相似模型Ⅰ提高了16.9%。在相似模型Ⅱ的气动特性中,发现了在距相似模型Ⅱ入口断面365mm处(扩散管入口断面处),气流流速是前方相同面积来流风速的1.40倍,比相似模型Ⅰ提高了4.5%,气流动能增至前方相同面积来流风能的2.74倍,比相似模型Ⅰ提高了13.7%。在相似模型Ⅱ的气动特性中,选取风速为12m/s时对在不同温度条件下的气动特性进行了实验研究。研究结果得出:温度对气动特性的影响与理论分析结果一致,为建立中、大容量系列化浓缩风能型风力发电机的理论设计公式提供了实验依据。在相似模型Ⅱ内设计安装了风能利用系数CP为0.182、叶轮直径为860mm的六叶片叶轮,选用了效率为0.655的100W永磁直驱式风力发电机进行了功率输出特性实验,实验结果证明:叶轮安装处的气流流速是前方相同面积来流风速的1.37倍,气流动能增至前方相同面积来流风能的2.57倍。此实验结果与气动特性实验结果一致性很高。根据相似模型Ⅰ的气动特性、相似模型Ⅱ的气动特性和功率输出特性和相似原理、气体动力学、贝茨理论、叶轮设计等理论初步建立了中、大容量系列化浓缩风
张春莲[2]2001年在《浓缩风能型风力发电机叶轮的风洞实验与研究》文中认为浓缩风能型风力发电机是一种新型风力发电机，该浓缩风能装置流场 特性是将稀薄的风能浓缩后形成的新的风能流场，与自然流场特性不同，本 文针对其流场特性利用流体力学、空气动力学、相似理论、叶轮优化设计理 论设计一种叶根弦长小、叶尖弦长大的变截面叶轮NKYG—6，并在中国航 天部七○一研究所进行风洞实验，实验结果证明：该新型叶轮直径小、低 风速输出功率大、噪音低，是浓缩凤能型凤力发电机优选叶轮。此外，本课 题根据四次风洞实验研究结果、国内外叶轮设计理论，初步建立了适合于浓 缩风能装置流场特性的叶轮设计理论体系，为浓缩风能型风力发电机实现高 效、低成本奠定理论与实验基础。
田德, 刁明光, 王海宽[3]2007年在《浓缩风能型风力发电机叁与四叶片叶轮的风洞实验研究》文中认为浓缩风能型风力发电机的理论核心是将稀薄的风能浓缩后利用,有效地改善风能密度低和稳定性差等弱点。其叶轮的工作流场与自然风场不同,具有特殊性。通过设计制造了6种不同翼型叁叶片、四叶片等截面和变截面叶轮,在风洞中进行实验,获取了叶轮功率输出特性,发现了等截面和变截面叶轮的不同特性,为推动浓缩风能型风力发电机叶轮的实验研究和理论设计提供了依据。
马广兴[4]2013年在《浓缩风能装置流场风切变特性实验研究》文中指出本论文选题是国家自然科学基金资助项目《浓缩风能型风力发电机叶轮系列化的风洞实验与研究》[批准号：59776033]中的一部分。风切变对大型的风电机组危害不容忽视。浓缩风能型风电机组具有提高风能的能流密度，改善风能的不稳定性作用。为研究浓缩风能装置减弱来自风切变对风电机组的危害，论文以浓缩风能装置为对象，采用仿真、车载实验和风洞实验方法，主要进行了以下工作。论文首先介绍了选题背景，揭示出大型风电机组的风切变问题，综述了风电机组风切变的研究情况，介绍了浓缩风能型风电机组的研究现状以及优势；其次，详细分析了浓缩风能理论基础、基本思想、技术可行性和计算流体力学的相关知识；然后，将浓缩风能装置模型置于均匀平行来流风的流场中采用数值仿真和车载实验，对浓缩风能装置进行研究；接着，将浓缩风能装置模型置于带有风速梯度的来流风的流场中采用数值仿真和风洞实验，对传统浓缩风能装置和改进浓缩风能装置进行研究。研究成果如下：（1）中央圆筒直径900mm的传统浓缩风能装置在均匀平行来流流场中，当流体流过浓缩风能装置首先近壁面流体被加速，在中央圆筒中间截面前0.22m截面近壁面流体流速超过中心轴流体流速，而后在中央圆筒附近达到最高值，之后随着轴向距离增加，逐渐形成中心轴流体流速大于近壁面流体流速的流场。（2）对实验用风洞进行均匀性和稳定性测试，并测试出风洞模拟大气边界层的风速梯度曲线；以测试过的风洞，进行传统浓缩风能装置模型、浓缩风能装置改进模型I和改进模型II的风切变风洞实验，实验证明浓缩风能装置具有减轻风切变的能力；传统浓缩风能装置使来流风速梯度由4.2/s减弱为中央圆筒流速梯度3.4/s，使来流风速梯度降低20%；改进模型I使来流风速梯度由4.2/s减弱为中央圆筒流速梯度2.08/s，使来流风速梯度降低50%；改进模型II使来流风速梯度由4.2/s减弱为中央圆筒流速梯度1.36/s，使来流风速梯度降低68%。（3）建立了浓缩风能装置的数值模拟模型，以风洞测试的风速梯度为来流风速梯度进行了浓缩风能装置的风切变数值模拟，计算结果显示传统风能浓缩风能装置模型、改进模型I、改进模型II减轻风切变作用的能力逐渐加大。（4）中央圆筒直径900mm的浓缩风能装置在距中央圆筒壁面50mm附近出现边界层效应；中央圆筒直径300mm的浓缩风能装置在距中央圆筒壁面15mm附近出现边界层效应。（5）仿真和实验表明风切变下浓缩风能装置具有提高风力发电质量和载荷均匀度作用。（6）由传统浓缩风能装置模型、浓缩风能装置改进模型I和改进模型II的实验与仿真结果可以看出，数值计算与实验相符。数值计算结果大于实验测得的数据，主要原因是数值计算模型的理想化和实验模型的模型不对称度、壁厚等没有在数值模拟中体现与约束。
时燕[5]2008年在《小型风力发电机失速调节型叶轮的实验研究》文中提出在浓缩风能型风力发电机的专用叶轮二次风洞实验和后续研究基础上,以研究失速调节型叶轮为目的,运用气体动力学理论和对比方法,推导出直径为1.8m普通型300W风力发电机3叶片、5叶片和6叶片叶轮的设计参数,保证叁种叶轮的实度相当,改变其对应位置处的弦长,同时适当修正对应位置的扭角。将以上叁种叶片分别放到不同的安装角下,得出六种叶轮,采用车载法进行功率输出对比实验,研究叶片数和安装角对功率输出特性和失速调节性能的影响。实验结果表明:6叶片叶轮、5叶片叶轮、3叶片叶轮的起动风速分别为1.68m/s、1.83m/s和2.01m/s;分别在风速为10.18m/s、10.53m/s和10.54m/s时达到额定功率输出,叁者的失速特性均不明显。在较小的轮毂安装角情况下,在实度相当的前提下,减少叶轮的叶片数目对机组的起动特性、功率输出特性和失速特性无明显影响。同时,6叶片叶轮、5叶片叶轮和3叶片叶轮在增大轮毂安装角为30°的情况下,功率输出特性明显下降,在风速分别为13.52m/s、14.30m/s和12.42m/s时才能达到额定功率输出。但是此时3叶片叶轮的功率输出特性明显优于5、6叶片叶轮。为使叶轮达到较好的失速性能而过多的增大轮毂安装角,将严重影响机组的功率输出特性。而减少叶轮的叶片数目、加大轮毂安装角,可以使叶轮的功率输出特性和失速特性达到较好的结合。为小型风力发电机失速调节型叶轮设计的进一步发展奠定了理论和技术基础,为简化机组结构,降低成本提供了研究基础。
盖晓玲[6]2007年在《小型浓缩风能型风力发电机叶轮功率特性的试验研究》文中研究表明在前期风洞实验研究和研制的600W浓缩风能型风力发电机专用六叶片叶轮的基础上,运用气体动力学理论,推导出直径为0.86m的浓缩风能型风力发电机专用六叶轮的设计参数,改变其对应位置处的弦长,采用车载法进行功率输出对比实验。研究目的是研究改变弦长对机组功率输出特性的影响。实验结果表明:1.25倍设计弦长、设计弦长叶轮、0.75倍设计弦长叶轮的起动风速为1.85m/s、2.56m/s和2.9m/s。叁者分别在风速为9.96m/s、11m/s和11.72m/s时达到额定输出。在风速为9m/s时,叁者的Cp都达到最大,分别为0.35、0.31和0.29。说明适当增加叶片的弦长可以提高机组的功率输出特性。同时,在保证叶轮直径不变的前提下,设计了一套叁叶片螺旋桨式叶轮。在此基础上对叶片进行了修型处理,设计了修型叶片、等弦长叶片和直叶片。并将四种叶片分别放到叁种轮毂上做功率输出对比实验,实验结果表明,修型叶片和理论设计叶片在相同的安装角下,功率输出特性曲线十分接近,说明采用的修型原则是可行的。并以修型叶片为例,对叶片进行强度校核,得到额定风速下叶片在垂直位置时轴根部的最大正应力为2.44×10~7Pa,水平位置的最大正应力为2.087×10~5Pa,安全可靠。以上研究结果,可为浓缩风能型风力发电机的叶轮设计进一步发展提供重要参考,为该型机的产业化和大型化奠定基础。
赵慧欣[7]2005年在《浓缩风能型风力发电机螺旋桨式叶轮的实验研究》文中认为通过对螺旋桨式叶轮的分析与研究,采用葛劳渥(Glauert)气动方法,研制了一种叁叶片螺旋桨式叶轮。该叶片翼型采用 NACA63-412,叶尖形状为半圆形,叶片弦长从距叶轮中心 110mm 处 190mm 向尖部 107mm 递减,其安装角也相应的从 19°向尖部 0°递减。经风力发电机输出特性的实验验证,螺旋桨式叶轮起动风速为3.5m/s,在自然风速为 7.4m/s 时,风能利用系数最大为 0.40,输出功率达 313.9W;自然风速为 9.8m/s 时,输出功率达到发电机额定功率 600W。通过和直径相同的浓缩风能型风力发电机专用六叶片叶轮进行对比实验,实验结果表明采用螺旋桨式叶轮后,螺旋桨式叶轮的风能利用系数在 4m/s~13m/s 是现有专用六叶片叶轮的 1.82倍,提高了风能利用系数,增加了现有风力发电机的输出功率。同时通过理论分析计算可得,在自然风速 4m/s~8m/s 区段,螺旋桨式叶轮浓缩风能型风力发电机的输出功率是螺旋桨式叶轮普通型风力发电机输出功率的 3.12 倍,为该型风力发电机向中、大型机组发展奠定了理论与技术基础。
田德, 王海宽, 韩巧丽[8]2004年在《浓缩风能型风力发电机的研究与进展》文中研究表明浓缩风能型风力发电机的理论核心是将稀薄的、呈湍流运动特征的自然风浓缩后利用,有效地对自然风进行加速、整流,改善了风能密度低和不稳定性等弱点,提高了风力发电机工质的品位。通过风洞实验和在中国、日本进行的小型机组实际运行实验,验证了浓缩风能理论的合理性,证明了浓缩风能型风力发电机具有切入风速低、发电量大、噪音低、安全性高、寿命长、度电成本低等特点,论证了浓缩风能型风力发电机向中、大型机组发展的可能性。
田德, 郭凤祥, 刘树民, 黄顺成, 刁明光[9]1997年在《对扩散管边界层进行的喷射和抽吸实验(第五报) 浓缩风能型风力发电机的整体模型风洞实验》文中研究说明浓缩风能型风力发电机是把稀薄的风能浓缩后利用的一种新型风力发电机组。依据大量的风洞实验数据，分析论证了不使用其它动力源，利用浓缩装置前方入口外侧形成的高压和浓缩装置侧面形成的低压，采用高压喷嘴喷出和抽吸孔对浓缩装置内扩散管的边界层进行喷射和抽吸可提高浓缩风能效果，使风力发电机输出功率增大。
霍玉雷[10]2016年在《低噪高效碟形风力机气动性能研究》文中认为近年来,全世界范围内风电产业蓬勃发展,风电已超过核电成为世界第叁大主力能源,尤其在我国,风电累计装机和新增装机容量都已稳居世界第一位。但由于风电规划不均、电网承载能力不够等原因,风电消滞问题正在制约着我国风电产业的健康发展。发展分布式能源和小型风力发电是解决这一问题的有效手段,所以本文以此为出发点设计了全新形式的碟形风力发电机,并对其叶轮进行风洞试验和数值模拟,为其深入研究确定目标方向。具体的工作成果如下:(1)选定叶片安装角、叶轮开度作为主要研究对象,叶片数作为次要研究对象,根据设计思路确定模型尺寸并选定其中3个模型进行叁维建模。采用3D打印技术和拆分打印的方法制作3个试验模型,设计并在风洞中安装测试实验台。(2)对3个模型分别进行风洞试验,包括启动性能和气动性能的试验,其中,每个模型安排多叶片对比试验。试验修正结果表明,30/45模型的整体性能优于其他两个模型,风能利用系数在0.42附近,可以在很低的风速下启动;30/30模型性能次之;60/45模型的性能与其他模型有明显的差距。(3)针对研究对象的特点,利用叁维无厚度壁面的处理方法进行网格划分,通过对全尺寸系列的风力发电机模型进行基于正交试验方法的叁维稳态数值模拟,获得其风能利用系数曲线和流场分布图,并对结果进行极差和方差分析。结果表明30/60模型具有最佳气动性能,叶片安装角对性能的影响最大。此外还对45/45模型进行了同阻塞比下的叁维非稳态数值模拟,对其在风洞试验中出现的转速突变现象给出较为合理的解释。综合来看,风洞试验和数值模拟都证明了本文所研究的碟形风力机有着高于市场机型的风能利用系数,并且拥有很好的启动性能,结合其低噪的特点,将会成为小型风电研究发展的新方向之一。
参考文献：
[1]. 大容量浓缩风能型风力发电机模型气动特性的实验研究[D]. 韩巧丽. 内蒙古农业大学. 2006
[2]. 浓缩风能型风力发电机叶轮的风洞实验与研究[D]. 张春莲. 内蒙古农业大学. 2001
[3]. 浓缩风能型风力发电机叁与四叶片叶轮的风洞实验研究[J]. 田德, 刁明光, 王海宽. 太阳能学报. 2007
[4]. 浓缩风能装置流场风切变特性实验研究[D]. 马广兴. 内蒙古农业大学. 2013
[5]. 小型风力发电机失速调节型叶轮的实验研究[D]. 时燕. 内蒙古农业大学. 2008
[6]. 小型浓缩风能型风力发电机叶轮功率特性的试验研究[D]. 盖晓玲. 内蒙古农业大学. 2007
[7]. 浓缩风能型风力发电机螺旋桨式叶轮的实验研究[D]. 赵慧欣. 内蒙古农业大学. 2005
[8]. 浓缩风能型风力发电机的研究与进展[C]. 田德, 王海宽, 韩巧丽. 中国农业工程学会第七次全国会员代表大会及学术年会论文集. 2004
[9]. 对扩散管边界层进行的喷射和抽吸实验(第五报) 浓缩风能型风力发电机的整体模型风洞实验[J]. 田德, 郭凤祥, 刘树民, 黄顺成, 刁明光. 农业工程学报. 1997
[10]. 低噪高效碟形风力机气动性能研究[D]. 霍玉雷. 浙江工业大学. 2016