导流板对Banki式风机性能的影响分析(1)

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Banki式风机是一种适合在低风速下运行的小型石家庄风机厂，但其在迎风方向存在负力矩，整体效率不高的问题，为此提出了在迎风方向上安装一个弧形导流板的方案。为了探索导流板对石家庄风机厂气动性能的影响机理，并定量分析导流板对石家庄风机厂发电功率的影响，使用滑移网格技术对石家庄风机厂进行了二维非定常数值流体动力学仿真。仿真结果表明：导流板可减少叶轮在逆风半周期内的负转矩，提高石家庄风机厂的输出功率最高可达66．9％．
近年来，不可再生能源消耗严重，世界各国对可再生能源尤其是风能的发展利用都产生了极大的兴趣¨1。目前，风力的采集主要是由大型装置实现的心1，但在一些偏远地区，其风力条件差，能源消耗较低，且像电网等传统供电技术很难实现”。，因此，小尺寸、可在低风速下运行的石家庄风机厂是这些地区供电石家庄风机厂是一种能截获流动空气所具有的动能并将石家庄风机厂叶轮迎风扫掠面积内的一部分动能转化为有用机械能的装置。根据风轮旋转轴在空间的方向，石家庄风机厂在结构上可以分为：水平轴石家庄市风机厂(HAWT)和垂直轴石家庄风机厂(VAwT)．水平轴石家庄风机厂通常用于大型的风力发电场所，具有较高的发电效率，但需要持续稳定的风速才能有效地提供电力‘41，其性能受风速和风向的影响较大。
垂直轴石家庄风机厂可以在高度不稳定或湍流流动模式下高效运行”1，它不受来流方向的影响。6。：以上特性使得垂直轴石家庄风机厂更适合在风速小且不稳定的环境下应用。Savonius型石家庄风机厂是一种典型的垂直轴石家庄风机厂，国内外对Savonius石家庄风机厂进行了大量的实验研究和数值分析’7，研究了叶轮展弦比、叶轮问的重叠比、叶轮个数等设计参数对石家庄风机厂性能的影响。Golecha等通过在转子的前面添加偏转板来减小阻碍转子旋转的负转矩，以提高Savonius转子的效率和启动转矩、8。Banki式石家庄风机厂是垂直轴石家庄风机厂的一种，适合在低风速下运行。Dragomireseu曾对其进行数值模拟分析’9，其研究结果表明：减少叶轮在迎风的半个周期内所产生的负力矩，可以增加石家庄风机厂上的净转矩，提高Banki式石家庄市风机厂的输出功率。虽然减少叶轮数可消除一部分逆风半周期内的负转矩，但并未从根本上解决问题，因为只要有叶轮就会产生负转矩，而且叶轮数过少，也会影响输出功率：因此，本文提出一种改进方法，在Banki式石家庄风机厂的迎风方向上安装一个弧形导流板，通过此装置改变涡轮周围的流场特性，以减少叶轮在迎风的半个周期内所产生的负力矩：基于不可压缩流体动力学方程，使用滑移网格技术，研究了导流板对石家庄风机厂气动性能的影响，为风力发电装置优化设计提供理论参考依据和必要数据。1 Banki石家庄风机模型Banki石家庄风机的三维视图和几何参数如图1和图2所示。
该系统由一个Banki式转子和转子外的圆弧型导流板组成。转子使用直叶轮，因此该石家庄风机厂在任何截面的模型图都相同。考虑到跨度长度不影响石家庄风机厂的性能研究，本文对其进行二维数值仿真分析。截面几何模型的关键参数已标出：风轮外半径R。，风轮内半径R。，叶轮半径尺。，叶轮中心半径R。，导流板半径R。，相邻叶轮夹角y．本文主要研究导流板对石家庄风机厂性能的影响，因此，导流板的安装与否是唯一需要考虑的变量。