轴微风发电机的叶片设计与模拟分析.pdf

厦门大学硕士学位论文垂直轴微风发电机的叶片设计与模拟分析姓名:范正萍申请学位级别:硕士专业:凝聚态物理指导教师:王亚军20080601摘要力机吸收风能的效率起着至关重要的作用。本课题以厦门市人事局留学人员回国直轴风力发电机叶片的设计,优化及计算机模拟。主要研究成果如下:建立风洞模型,完全模拟接近真实风况下叶片周围的空气流动。并且运用流体工程模拟软件采用有限元方法进行模拟分析,对优化前后的叶片进应力分布情况,验证了动力学性能较为出色的型叶片,为叶片的进一步设计提供参考。随着可再生能源使用的发展,风电已成为世界上最为主要的能源输出之一,其重要性也受到日益重视。叶片是风力机的一个重要的组成部分,它的形状对风择优资助项目《垂直轴微风风力发电系统的设计》为背景,主要研究小型家用垂缌镀纳杓教忠镀杓频耐ㄓ梅椒āW酆瞎谕舛嘀忠镀杓品椒ǎ硐钟叶片设计模型理论,得出一种简单有效的、非传统形状的风力机叶片的设计方案。利用机械设计软件砸镀男巫唇#诹魈骞こ棠D馊砑﨔对其进行模拟分析。镀返氖堤褰7抡妗R允涑龅绻β蔖为目标,以传统的型风力机叶片为基础,通过曲面功能强大的魑G娼9ぞ对风力机叶片的形状进行设计。对于复杂叶片,可以通过确定关键点的方法来定义叶片的边界曲线,为叶片进一步的动力学分析奠定基础。该建模方法可以为扭曲的螺旋形型风力机叶片和其他复杂实体精确建模提供参考。这个方法适用于各种特殊形状的风力机叶片的设计,使用范围广,能够提高叶片设计方法的通用性。镀亩ρ匦苑治行二维及三维分析,得到叶片周围流体的速度矢量分布及叶片表面各处的压力及关键词:叶片设计;有限元方法;模拟潞..’琾,琫:,Ⅱ篛籗籉瑃..,是本人在导师指导下独立完成的研究成果。本人在本人依法享有和承担由此论文产生的权利和责任。论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果,均在文中以明确方式标明。声明入┟:沙作者签名:范豇落日期:.枷舀年日期。年厦门大学学位论文著作权使用声明本人完全了解厦门大学有关保留、使用学位论文的规定。厦门大学有权保留并向国家主管部门或其指定机构送交论文的纸质版和电子版,有权将学位论文用内容编入有关数据库进行检索,有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的本学位论文属于月了于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的学位论文在解密后适用本规定。C谀杲饷芎笫视帽臼谌ㄊ椤槐C朐谝陨舷嘤ê拍诖颉啊獭月弓。日导师签名:日第一章绪论本课题研究背景面对日益严峻的能源形势——一化石燃料日益枯竭、不可再生资源的持续无节制消耗、环境污染的加剧,节能环保已经成为当今世界最重要且永恒的主题。大力发展清洁能源稍偕茉是人类社会文明进步的表现和环境保护的需要。生能源利用技术中也比较成熟。风力发电有其自身独特的优越性,主要体现在以总量十分可观。全球可实际利用的风能约姗,比地球上可开发利用的水能据有关专家测算,,实际可供开发量为绲缂际跸嗟背墒臁D壳暗セ萘、的风电机组已达到批量商业化生产的水平,成为当前世界风力发电主力机型。更大型、性能更好的机组也开始开发出来,并投入试运行。本世纪,兆瓦级的风力发电机已占到主导缌Ψ⒌绲木眯匀找嫣岣摺:突鸬缦啾龋淮嬖诔Х俊⒃耸洹⒊业任题;和水电相比,不存在筑坝、淹地、移民等问题。发电后除折旧费和维护费外,不消耗燃料,无三废处理问题。其成本接近火电,低于油电、核电,从综合效益看,具有较强的竞争力。综合资源,环保,经济,技术四方面的因素,大规模发展风电是解决世界能源和电力短缺的最现实的战略决策。从世纪年代开始,世界能源电力市场发展最为迅速的是太阳能发电、风力发电等可再生能源【】。风能等可再生能源的开发已经越发引起了世界各国的重视,风能发电在各种可再下四个方面:澜缟戏缒艽⒘糠岣弧>」艿酱锏厍虻奶裟芙鲇%转化为风能,但其总量还要大十倍。而且我国幅员辽阔,海岸线长,风力资源丰富,居世界第三位,贙邮澜缡孜籲阳。缒苁且恢纸嗑坏目稍偕茉础?7⒎绲纾换岵浠蚧肪澄廴荆不会引起温室效应,不会存在核电放射性废料对人类的威胁,这是世界各国努力开发风电的主要原因之一。地位。国内外研究技术现状模块的性能不够优越,风电的价格仍然居高不下,目前还无法以和常规电相同的价格用上风电。风电的价格也导致其进一步的发展受到限制。基于以上原因,也导致了世界上越来越多的人开始研究开发小型风力发电系统用于家庭用电。在北美,欧洲,以及台湾都有很多的人在自制小型水平轴风力发电机用于家庭使用。这种风力机最大的缺点便是体积大,安装不便,一旦有暴在欧洲,有很多人开始重视垂直轴微风发电机的开发和应用。垂直轴风力机型风力机是低转速的,有如下优点:Nご硐嗟奔虻ァ十分困难,尤其是在把产生的电流直接传送到电