Savonius石家庄风机厂风机国内外研究现状(2)

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Savonius石家庄风机厂风机叶片被置于一个箱体内，箱体的迎风侧设置了一个进风口，背风一侧则设置了一个出风口，研究表明，在导风箱的作用下，两叶片Savonius石家庄风机厂风机的最大风能利用率比之前增加了O．23倍，而三叶片Savonius石家庄风机厂风机的最大风能利用率则增加了0．5。导风箱参数设置为导风箱入口与出口面积的比值Al以及导风箱内壁间距与石家庄风机厂风机叶片直径的比值^2。Al处于O．3加．7时，石家庄风机厂风机叶片可达到最大转速，如为1．4时，石家庄风机厂风机可达到最大功率，其中三叶片石家庄风机厂风机的风能利用率是两叶片石家庄风机厂风机的1．08倍左右，且三叶片石家庄风机厂风机的启动性能要优于两叶片石家庄风机厂风机。
    为了提高两叶片Savonius石家庄风机厂风机的动转矩和静转矩性能，芬兰的Windside公司设计了一种螺旋形Savonius石家庄风机厂风机叶片，如图1-8所示，这种石家庄风机厂风机最大可承受风速达到了60m／s。公司对其产品在各种风速下进行了实验，发现在工作状态下，该石家庄风机厂风机一年中至少有157天能够输出额定风能。美国的Helixwind公司同样设计并生产了一种螺旋形Savonius石家庄风机厂风机叶片，这种石家庄风机厂风机启动风速较低，适应性较强，非常适合在城市中应用。而美国Enviro Energies Holdings公司则生产了Mag—Wind系列风力发电机，如图1-9所示即为此种石家庄风机厂风机，该系列产品应用磁悬浮技术取代了传统轴承的作用，使用永磁铁作为磁悬浮介质，石家庄风机厂风机叶片部分借助磁场作用悬浮于空中，中部旋转轴则穿过磁体与发电机相连，从而直接输出转矩，这种磁悬浮技术减少了石家庄风机厂风机叶片转动时所受到的阻力，使得石家庄风机厂风机启动转矩更低，同时降低了石家庄风机厂风机传动系统产生的机械噪声。
   针对传统直叶片型Savonius石家庄风机厂风机叶片动转矩震荡幅度过大、动转矩系数较小的缺点，本文在传统Savonius石家庄风机厂风机叶片叶型基础上，使用扭曲的方式对叶片进行变异设计，以石家庄风机厂风机叶片的动转矩输出性能为研究对象，对包括叶片扭角在内的不同结构参数对于石家庄风机厂风机性能的影响方式进行了分析探究，同时针对扭曲型叶片力学性能较差的缺陷，提出使用隔板作为辅助结构的改进方案，并对隔板参数进行优化分析。考虑到对石家庄风机厂风机叶片进行实物试验周期较长、成本较高的问题，本文采用计算流体力学方法对叶片的流场特性和力学性能进行数值模拟分析，通过正交试验等数据分析方法合理安排试验，并分析仿真实验得到的数据，研究叶片不同结构参数及隔板分布方式对于石家庄风机厂风机动转矩输出性能的影响方式及影响机理，为实际工程设计工作提供数据支持和理论依据。
(1)在传统直叶片型Savonius石家庄风机厂风机叶片的基础上，提出一种叶片扭曲的策略，对叶片进行变异设计。根据本文所研究的四个叶片结构参数，即叶片重叠比说、叶片高径比爿P、叶片扭角a、叶片弧度目，使用Matlab设计变异叶片点云自动生成软件，并利用Pro／E基于特征建模的特点，将点云导入Pro／E生成模型，完成变异叶片三维模型及风场的参数化建模。
(2)利用ANSYSWorkbench作为协同仿真环境平台建立数值模拟仿真体系，利用Geometry对模型进行适应性处理，利用Meshing完成网格划分及边界条件定义，在Fluent中设置边界条件、湍流模型等求解参数，并利用滑移网格的瞬模型对Savonius石家庄风机厂风机叶片的旋转运动进行动态仿真。针对不同结构参数的叶片模型，重复进行上述过程。
(3)利用上述数值模拟方法，对叶片扭角进行单因素试验，得到扭角为300-2000的石家庄风机厂风机叶片动转矩曲线，利用多项式回归的方法拟合动转矩极差和平均动转矩系数随扭角变化的曲线，获得其定量的数学关系，选取较低的动转矩极差、较高的平均动转矩系数以及较平稳的动转矩曲线所对应的扭角，确定合理的扭角分布范围，并分析扭角变化对于叶片动转矩输出性能的影n向机理。
(4)利用正交试验、交互作用试验作为数据分析方法，对叶片重叠比D正、叶片高径比胂、叶片扭角6【、叶片弧度p等结构参数进行合理的试验安排，得到不同结构参数组合下叶片的动转矩系数曲线，分析各参数对于动转矩系数极差和平均动转矩系数的影响方式，确定合理的叶片结构参数分布范围，并分析各结构参数变化对于叶片动转矩输出性能的影响机理，(5)利用流固耦合方法，对优化前后Savonius石家庄风机厂风机叶片的力学性能进行仿真分析并对比。针对变异Savonius石家庄风机厂风机叶片力学性能较差的缺点，提出使用隔板作为辅助结构的改进方式，以叶片的动转矩输出性能为优化目标，对隔板参数进行优化分析，确定合理的隔板布置方式，并分析隔板对于叶片流场特性和力学性能的影响机理。