實(shí)度與轉(zhuǎn)動慣量對垂直軸風(fēng)力機(jī)性能的耦合影響

王旱祥，馬文龍，于洪棟，張金玲，姚明建，張立軍

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實(shí)度與轉(zhuǎn)動慣量對垂直軸風(fēng)力機(jī)性能的耦合影響

王旱祥，馬文龍，于洪棟，張金玲，姚明建，張立軍

(中國石油大學(xué)(華東) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島，266580)

當(dāng)垂直軸風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)變化時(shí)，其實(shí)度和轉(zhuǎn)動慣量均隨之變化，進(jìn)而耦合影響風(fēng)力機(jī)性能。為此，以 200 W垂直軸風(fēng)力機(jī)為研究對象，提出含轉(zhuǎn)動慣量的CFD動態(tài)仿真模型，基于湍流模型實(shí)驗(yàn)確定使用RNG?湍流模型，分別對不同葉片數(shù)、風(fēng)機(jī)半徑、葉片弦長的垂直軸風(fēng)力機(jī)進(jìn)行仿真，通過垂直軸風(fēng)力機(jī)啟動時(shí)間判斷其啟動性能，采用運(yùn)行時(shí)的最大風(fēng)能利用率判斷效率。研究結(jié)果表明：小轉(zhuǎn)動慣量有助于減少風(fēng)力機(jī)啟動時(shí)間，提高啟動性能；少葉片數(shù)、大半徑、大葉片弦長有助于提高風(fēng)力機(jī)穩(wěn)定時(shí)的最大風(fēng)能利用率，而風(fēng)能利用率與實(shí)度、轉(zhuǎn)動慣量沒有明顯關(guān)系。

垂直軸風(fēng)力機(jī)(VAWT)；CFD仿真；實(shí)度；轉(zhuǎn)動慣量

作為一種清潔的可再生能源，風(fēng)能在中國具有極其豐富的儲量。在國家政策措施推動下，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)入穩(wěn)定持續(xù)增長的新階段[1-2]。垂直軸風(fēng)力機(jī)憑借結(jié)構(gòu)簡單、無需對風(fēng)、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，在零功耗公寓、城市公共照明等場合具有巨大的應(yīng)用潛力[3-4]。但是，由于存在風(fēng)能利用率低、啟動能力弱等缺點(diǎn)，垂直軸風(fēng)力機(jī)的規(guī)模化發(fā)展及應(yīng)用受到限制[5]。實(shí)度是影響垂直軸風(fēng)力機(jī)性能的重要設(shè)計(jì)參數(shù)[6]，對風(fēng)輪的空氣動力特性有較大影響。國內(nèi)外學(xué)者開展相關(guān)研究探究實(shí)度對垂直軸風(fēng)力機(jī)性能的影響規(guī)律。……